无乘员汽车正面碰撞仿真分析.pdf

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汽车实用技术
2013年第6期
设计研究
AUTOMOBILE APPLLED TECHNOLOGY
2013N0.6
无乘员汽车正面碰撞仿真分析
曹静静,潘福全,张丽霞,孙杨,刘涛
(青岛理工大学汽车与交通学院,山东青岛266520)
摘要:为了掌握汽车正面碰撞时撞击力的传递路径、变形吸能及主要的车身评价指标,利用虚
拟仿真技术研究无乘员的汽车正面碰撞。采用 Hypermesh前处理软件,建立了某款车的整车模型
采用非线性有限元软件LS-DYNA进行了100%正面碰撞仿真:运用后处理程序LS- PREPOST定
量分析了计算数据,得出了车辆保险杠、前纵梁等正面碰撞主要部件的吸能能力、部件连接处的
稳固性以及乘员舱的完整性方面需要改进,通过采用非凸截面多胞管梁及增加焊点等方法对局部
构件进行了优化设计,并再次仿真验证了优化方案的可行性和合理性。
关键词:虚拟现实;汽车碰撞;车辆安全
中图分类号:TU746.1文献标识码:A文章编号:1671-7988(2013)06-10-06
Analysis of Head-on Collision Simulation fora Car Without Driver
Cao Jingjing, Pan Fuquan, Zhang Lixia, Sun Yang, Liu Tao
(School of Automobile and Traffic, Qingdao Technological University, Shandong Qingdao 266520)
Abstract: In order to grasp the impact force transfer path, the deformation energy absorption and the main
body evaluation indexes in the car head-on collision, using the virtual simulation technology to study the car
head-on collision without the crews. By the pre-treatment software Hypermesh setted up the whole vehicle
model; the nonlinear finite element software LS-DYNA to simulate the 100% frontal crash process; the
LS-PREPOST to analysis the calculated data including the energy absorption capacity of the bumper and front
longitudinal beam, the stability of the joints in main parts, the integrity of the crew compartment. Through the
adoption of the non convex section cell and the increased joints to optimize the original components, and the
later simulation verified the feasibility and rationality of the optimization
Key Words: Virtual reality; Car crash; Vehicle safety
CLC NO. TU7461 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2013)06-10-06
面碰撞、追尾碰撞、与行人的碰撞、以及翻滚等。
引言
进行汽车碰撞力传递路径及评价指标的研究可以有
交通事故自汽车正式应用开始之后使相继产生效指导车身结构的设计和改进。
了。汽车碰撞形式多样,主要有车辆间的正面碰撞、
1、汽车正面碰撞力传递路径
作者简介;潘福全,副教授,博士,主要研究方向为交通安
全性。曹静静,青岛理工大学研究生,主要研究方向为车辆
汽车碰撞过稈在瞬间便可完成,但是却是一个
安全性
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汽车实用技术
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及其复杂的结构变形历程,汽车在发生碰撞接触到面碰撞中会涉及到的车身部件,然后创建包含前碰
碰撞完成分离往往几百毫秒的时间,但是对车身及主要受力的前保险杠、前纵梁等结构的汽车部件的
乘员的伤害却是不容小觑的。合理的车身压塌顺序几何模型,对在碰撞中响应不大的部件进行简化
可以最大程度地吸收正面碰撞的能量及控制加速度在前处理软件中将建立的部件进行不同网格大小的
的变化,从而为乘员保留足够的空间以便逃离或实划分。在此基础上将相邻的车身部位根据可变形体
施救援。这样就可以将车身强度分为车身前后部和及刚性体的不同属性进行连接:为方便后处理时进
车身中部两个基本等级。前者区域韧性较强,可以行单元、节点的査找,还需进行部件的重新编号
在事故发生时通过吸能部件的大变形来最大程度地接下来便是根据所能得到的关于车身参数建立相关
吸收碰撞能量;后者则借助刚度、强度较高的立柱的材料、属性,并与相应的部件进行一一对应:根
减少对乘员的伤害山
据实车正面碰撞的相关要求对车身模型施加载荷
车辆在发生正面碰撞时首先要利用保险杠塑性约束条件,并设置好对应的输出控制参数,还需要
变形吸能,然后能量传递到前纵梁进行释放,前纵避免在计算过程中可能出现的速度过大、负体积情
梁及其总成按照理想的皱褶变形模式进行合理变形况而对结构质量进行检査优化。符合要求后便可输
以吸收能量,最后剩余的碰撞能量不会导致驾乘区出文件以供计算回
域发生大的变形。这部分区域可以再次细分为如图
整车模型主要包括白车身、发动机罩、翼子板
1所示的三部分。第一部分为前吸能区,主要是保保险杠、车轮、车门、发动机、挡风玻璃等主要结
险杠到发动机悬置的区域,通过保险杠、吸能泡沫构,省略了对碰撞影响较为不明显的车灯、后视镜、
等吸能材料的压变形来吸收碰撞产生的巨大能把手等内外饰件。
量,同时利用结构上的连续性将受力向后向两侧进
正面碰撞时前部的吸能变形区是主要的变形区
行分流并传递碰撞力。中吸能区主要指前纵梁到前
域,需要较小的网格尺寸进行规则划分,单元大小
围板的结构,通常在前纵梁内部设置诱导槽将前部
的碰撞力向后侧引导,利用结构的合理变形来承载
在10~-15mm范围内,最小不能超过3mm。碰撞对
分流得到的大部分能量。后部的吸能区主要为前中后部的影响较小,则可将网格大小设置得相对大
板和立柱进行支持的驾驶舱,主要特点是强度和刚
些。考虑到汽车碰撞部件多为钣金件,在厚度方面
度较大,能够较好地保持驾驶舱的完整性及降低碰远小于其他两个方向,采用计算效率较高的四边形
撞加速度,这部分的作用主要是确保乘员舱的安全BT売单元为主,三角形单元为辅的网格划分方式。
区间以便乘员逃离,此外力求传递到乘员的能量最并进行翘曲度、扭曲度、长宽比、最大角、最小角
小,减少碰撞对乘员造成的伤害。
和雅可比值的检测,对于不符合质量要求的进行多
次优化处理,最终将单元的各种参数都限定在指定
前吸能区「中吸能区后吸能区
范围内。