張玉珠，程娟，于功琦，袁玉柱

(上汽通用五菱汽車股份有限公司,廣西柳州 545007)

微車A柱截面特性研究

張玉珠，程娟，于功琦，袁玉柱

(上汽通用五菱汽車股份有限公司,廣西柳州 545007)

以微車A柱截面為研究對(duì)象，對(duì)比研究3種微車A柱截面特性,并通過(guò)仿真和實(shí)驗(yàn)對(duì)比研究A柱截面對(duì)正碰前車門開啟性的影響。

微車；A柱；截面特性；CAE分析

0　引言

汽車作為現(xiàn)代化的交通工具，和人們的生活、生產(chǎn)有著密切的聯(lián)系。安全、節(jié)能和環(huán)保已成為汽車行業(yè)的三大熱點(diǎn)，是各汽車制造企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)所追求的目標(biāo)。其中，汽車的安全性與人的生命和財(cái)產(chǎn)安全關(guān)系最為直接，不僅得到了有關(guān)政府部門的高度重視，而且也是廣大群眾關(guān)注的焦點(diǎn)之一。汽車安全性可分為主動(dòng)安全性和被動(dòng)安全性兩大類。主動(dòng)安全性指的是對(duì)汽車結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)或安裝車載設(shè)備，主動(dòng)防止和避免事故發(fā)生的能力；被動(dòng)安全性則指汽車發(fā)生意外事故時(shí)對(duì)乘員進(jìn)行有效保護(hù)的能力。通俗地講，主動(dòng)安全性保證汽車行駛時(shí)“有驚無(wú)險(xiǎn)”；而被動(dòng)安全性則是使汽車發(fā)生事故時(shí)做到“車毀人不亡”[1]。車身的安全性能越來(lái)越受到重視，汽車中CAE分析的應(yīng)用既減少了實(shí)驗(yàn)次數(shù)，降低了實(shí)驗(yàn)費(fèi)用，又縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期，在汽車行業(yè)中扮演著越來(lái)越重要的角色。

1　微車截面

微車中典型截面很多，如圖1所示。

正面碰撞是汽車碰撞事故中最多、對(duì)人體危害最大的碰撞形式。無(wú)論在傳統(tǒng)正面碰撞傳力路徑設(shè)計(jì)，還是在新型傳力路徑設(shè)計(jì)中，A柱均為上層傳力路徑中不可缺少的一部分，如圖2、3所示[2]。文中以A柱截面作為分析對(duì)象，即圖1中T07A。

2　截面分析

截面分析的主要參數(shù)有：截面慣性矩Iy、Iz，扭轉(zhuǎn)常數(shù)( Torsional Constant)，零件斷面面積(Area)，截面封閉面積(Enclose Areas)。

慣性矩Iy、Iz主要反映截面的抗彎性能,Iy、Iz越大,截面的抗彎性能越好。扭轉(zhuǎn)常數(shù)主要反映截面的抗扭性能，扭轉(zhuǎn)常數(shù)越大，抗扭性能越好。零件斷面面積主要反映截面所用材料的多少。截面封閉面積主要反映截面空間尺寸的大小。截面分析主要比較截面的Iy、Iz及扭轉(zhuǎn)常數(shù)。

表1為使用hypermesh獲取的3種微車A柱截面的仿真計(jì)算結(jié)果[3]。從計(jì)算結(jié)果來(lái)看：車型3的零件斷面面積是最大的，達(dá)到302.43 mm2，用料最多，主要原因是車型3與其他兩種車型相比多加強(qiáng)板；車型2的截面慣性矩Iy、Iz和扭轉(zhuǎn)常數(shù)要大于其他兩種車型，因此車型2的A柱截面抗彎性能和抗扭性能要好于車型1和車型3；由截面封閉面積來(lái)看車型2最大，達(dá)到2 445.32 mm2，也就是說(shuō)車型2的A柱是最粗大的；最后從形狀可以直觀地看到3種車型的不同點(diǎn)，車型3比其他兩種車型多加強(qiáng)板，車型2相對(duì)其他兩種車型更接近圓形，正是這種形狀促使車型2的截面封閉面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他兩種車型。綜上分析，從安全方面考慮車型2優(yōu)于車型1和車型3。

表1　3種微車截面參數(shù)

3　A柱對(duì)整車正碰的影響

在正面碰撞中A柱在傳遞碰撞的同時(shí)，其本身的變形、位移也直接影響到碰撞結(jié)果。國(guó)家法規(guī)GB11551乘用車正面碰撞的乘員保護(hù)要求對(duì)于每排座位，碰撞后至少一個(gè)門能打開[4]。如圖4、5所示，實(shí)車實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)A柱存在變形，直接影響前車門的開啟性。

圖6、7為車型1正碰仿真模型碰撞后左前車門框及A柱局部變形圖，可以看到A柱在碰撞后有一定的變形量。為了評(píng)價(jià)它對(duì)車門開啟性的影響，采集如圖8所示6個(gè)測(cè)量指標(biāo)評(píng)價(jià)碰撞前后門框變形量。仿真結(jié)果見(jiàn)表2，分析數(shù)據(jù)認(rèn)為不影響前車門開啟性。在實(shí)車碰撞實(shí)驗(yàn)后，左右側(cè)門均可以正常打開，如圖9、10所示。

圖6碰撞后左前車門框 圖7碰撞后A柱局部放大圖

圖9左側(cè)門可正常打開圖10右側(cè)門可正常打開

4　結(jié)論

詳細(xì)介紹了CAE技術(shù)在微車截面特性分析中的應(yīng)用，并對(duì)3種微車A柱截面特性進(jìn)行對(duì)比分析。依據(jù)正碰法規(guī)要求從仿真角度評(píng)價(jià)車型1的A柱對(duì)前車門開啟性影響，并通過(guò)實(shí)車實(shí)驗(yàn)加以驗(yàn)證。

【1】鐘志華，張維綱，曹立波，等．汽車碰撞安全技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

【2】葉永亮,羊軍,傅強(qiáng).車身正面碰撞傳力路徑設(shè)計(jì)探討[J].上海汽車,2009(4):11-15.

【3】王鈺金，金磊，洪清泉，等.HyperMesh從入門到精通[M].北京:科學(xué)出版社，2005.

【4】GB 11551-2003乘用車正面碰撞的乘員保護(hù)[S]. 北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2003.

Study on Mini Car A Pillar Section Character

ZHANG Yuzhu, CHENG Juan, YU Gongqi，YUAN Yuzhu

(SAIC-GM-Wuling Automobile Co. ,Ltd. ,Liuzhou Guangxi 545007,China)

Taking the mini car A pillar section as the research object, the section characters of three kinds of mini car A pillar were compared. And through simulation and experiment comparative study,the influence of A pillar section on the doors open performance after frontal collision.

Mini car; A pillar; Section character;CAE analysis

2015-06-10

張玉珠(1980—),碩士,工程師,研究方向?yàn)镃AE在汽車開發(fā)中的應(yīng)用。E-mail:yuzhu.zhang@sgmw.com.cn。