饶阳，詹立力　汪育全　徐梦飞　叶小青

摘 要：本文通过对某车型建立低速碰撞CAE仿真模型，结合仿真结果和结构特点找出了影响低速碰撞性能的相关参数。针对这些影响参数，在现有布置结构的约束下，对方案进行优化，最终通过CAE仿真和实车试验共同验证了优化方案的可行性。该研究为改进低速碰撞性能和车辆后部结构设计提供了参考。

关键词：低速碰撞；CAE分析；结构优化；后保险杠

中图分类号：U461.91 文献标识码：A 文章编号：1005-2550（2017）06-0045-05

Abstract： In this paper， a low-speed collision CAE simulation model is established， and the relevant parameters affecting the low-speed collision performance are found by combining the simulation results and structural characteristics. In view of these influence parameters， under the constraint of the existing arrangement structure， the scheme is optimized， and finally the feasibility of the optimization scheme is verified by CAE simulation and real vehicle test. This study provides a reference for improving low-speed collision performance and designing vehicle rear structure.

Key Words： low-speed crash； CAE analysis； Structural optimization； Rear bumper

前 言

隨着汽车保有量的增大，车辆行驶安全性能越来越受到人们关注。汽车碰撞事故按照碰撞速度不同可以分为高速碰撞和低速碰撞，在道路拥挤的城市工况下，碰撞事故以低速碰撞为主，此类事故对人身伤害较小，往往损坏的是车身零部件，有效满足低速碰撞法规可以降低事故发生后的维修费用，对延长车辆使用寿命也有着积极的作用。

1 低速碰撞法规介绍

GB 17354-1998《汽车前、后端保护装置》是目前国内低速碰撞采用的强制法规。法规中要求对车辆正前方和正后方分别进行两次碰撞，两次碰撞分别是在整车整备质量和加载质量时进行的，加载质量需要将整车加载到半载状态。前后每个方向上的两次碰撞分别在纵向位置和车角位置进行，纵向位置两次碰撞的碰撞器中垂面位置相距不小于300mm。纵向碰撞试验的速度应控制在4km/h，车角碰撞试验的速度应控制在2.5km/h。并且角碰试验中碰撞器的A平面应与车辆的纵向对称面构成60°±5°夹角。其中碰撞器的有效质量应与整车的整备质量相当，基准高度为445mm。

碰撞试验后，对车辆需要满足的要求如下：

1）照明灯和信号装置应能持续正常工作并清晰可见；

2）车辆的发动机罩盖、行李箱盖和车门能正常开闭，并且汽车的侧门应在碰撞的作用下不能开启；

3）车辆供油和冷却系统应无泄漏，不发生油路或水路堵塞，其密封装置与油箱和水箱盖应能正常工作；

4）车辆的排气系统不应损坏和错位；

5）车辆的传动系统、悬架系统（包括轮胎）、转向和制动系统应保持良好的调整状态并能正常工作。

2 某车型后端低速碰撞分析

2.1 低速碰撞CAE分析结果

以某车型为例建立CAE仿真分析模型，进行车速4km/h的纵向碰撞，图2为后端低速碰撞示意图，图3为后端低速碰撞最大入侵量。从碰撞过程可以看出，后雾灯在整备质量和半载下的碰撞中都会受到后方拖车钩的挤压，其中在整备质量下，后雾灯受拖车钩挤压的情况更为严重，两种工况下后雾灯均有损坏的风险，不满足低速碰撞的法规要求。从碰撞过程的最大侵入量来看，同样整备质量下的侵入量会比半载工况侵入量更大，侵入时间更长，后雾灯受损的几率更高。

2.2 低速碰撞影响参数分析

低速碰撞的碰撞结果与相关布置参数有很大的关系。图4找出了影响该车型碰撞结果的几个重要参数。其中，c-碰撞器端部与防撞梁Z向重叠量对碰撞结果影响很大。由于该车型的防撞梁布置位置偏高，导致碰撞器端部与防撞梁Z向的重叠量过小，在半载工况下，重叠量只有8mm，而在整备质量下，重叠量更是减小到0。这就导致在低速碰撞试验中，防撞梁不能有效阻止碰撞器的入侵，会增大侵入量，延长侵入时间，这与图3表现出来的仿真结果是相吻合的。从图2的碰撞示意图中也可以看出，由于整备质量工况下的侵入量较大，后雾灯受挤压的情形也比半载工况下更严重。

a-蒙皮凸出雾灯表面的距离，b-雾灯X向的尺寸，d-雾灯与拖车钩的距离。对碰撞结果有直接影响的参数为c和d，雾灯与拖车钩的距离d直接决定了碰撞过程中雾灯会不会与拖车钩接触，导致雾灯被挤压损坏。而雾灯的X向尺寸b和蒙皮凸出雾灯表面的距离a可间接影响d的数值，从而影响碰撞结果；并且a的大小还会影响碰撞过程中雾灯面板会不会与碰撞器接触，导致雾灯面板损坏。

3 低速碰撞结构方案优化

上文中针对碰撞结果，对影响碰撞的参数进行了相关分析。由于该车型是改款项目，车身结构的相关布置都已固化，包括后防撞梁高度，拖车钩的位置等。所以常规的布置手段已经不能解决低速碰撞不满足法规的问题，现需要对其它结构进行优化，来解决该问题。endprint

3.1 防撞梁结构优化

碰撞器端部与防撞梁的Z向重叠量c是影响碰撞结果的重要参数，在防撞梁高度和整车姿态一定的前提下，碰撞器端部与防撞梁的Z向重叠量也是固定的，无法通过布置来优化重叠量c。

现通过优化防撞梁结构，增加防撞支架的方案来阻止碰撞器的入侵，间接增加重叠量c。如图5所示，增加的防撞支架在纵向碰撞和偏置碰撞中都能够有效支撐碰撞器，阻止碰撞器的入侵。该手段可以在关键碰撞位置有效增加碰撞器端部与防撞梁的Z向重叠量，通过后续的CAE仿真验证，改善效果较明显。

在防撞支架的设计过程中，有两种思路：一种是溃缩式支架，另一种是刚性支架。如图6所示，左侧支架设计有溃缩槽，设计初衷为支架在碰撞过程中自身变形，吸收能量，减小防撞梁本体的变形量，从而有效阻止碰撞器的侵入。而在实际碰撞过程中，如图7所示，由于碰撞点较低，防撞梁受碰撞后发生的扭转变形的趋势不可避免，导致溃缩式支架的碰撞结果并不理想。从而考虑增强支架自身的刚性，通过支架本身来阻止碰撞器的侵入，后续的仿真结果也表明，刚性支架的设计确实对碰撞结果有利。

3.2 后雾灯结构优化

受造型风格和整车布置的影响，后保蒙皮距拖车钩的距离无太大的优化空间，缩小后雾灯X向的尺寸b，可以有效增大后雾灯与拖车钩的距离d，从而减小碰撞时后雾灯受拖车钩挤压损坏的风险。

目前常见的雾灯灯泡布置方案为纵置式，灯泡布置在雾灯的正后方，这样使整个雾灯的X向尺寸较大。竞品车型中日产已有很多车型采用了横置灯泡的方案，可以有效减小雾灯X向的尺寸，虽然横置灯泡对雾灯的配光和散热有一定的影响，但仍可以满足设计要求。从表2的分析可以看出，横置方案比纵置方案可以减小雾灯X向尺寸约20mm，从而增大后雾灯与拖车钩的距离。

3.3 蒙皮造型优化

同后雾灯一样，在其它条件不变的前提下，减小后雾灯X向的尺寸b，可以有效增大后雾灯与拖车钩的距离d；同样，减小蒙皮凸出雾灯表面的距离a也可以增大后雾灯与拖车钩的距离d。

在后保险杠设计中，为满足碰撞要求，一般要求蒙皮凸出雾灯表面的距离为25mm，由于本案例受布置空间的限制，已将蒙皮凸出雾灯表面的距离减小到15mm。表3中的车型后雾灯都是布置在后保险杠的中间位置，雾灯在碰撞后受损的风险较高。从分析数据来看，雾灯的高度直接处在碰撞器端部的区域时，需要适当增大蒙皮凸出雾灯表面的距离来降低雾灯受损的风险。本案例中，雾灯的离地高度为492mm，刚好处在碰撞器端部的区域，结合竞品数据，为了进一步优化低速碰撞的结果，将蒙皮凸出雾灯表面的距离由15mm优化到10mm，从而增大后雾灯与拖车钩的距离。

4 优化方案验证

表4是低速碰撞影响参数的优化值，针对优化后的CAE仿真模型，碰撞仿真结果如图9和图10所示。从碰撞结果来看，优化后的碰撞器侵入量有不同程度的减小，说明防撞梁方案起到了阻止碰撞器入侵的作用，后雾灯在整个碰撞过程中也没有和拖车钩接触，极大的降低了后雾灯损坏的风险，从CAE仿真结果可以看出，优化方案有效可行。

5 总结

本文通过对某车型建立低速碰撞CAE仿真模型，结合仿真结果找出影响碰撞结果的相关参数。针对这些影响参数，对结构进行优化设计，最终通过CAE仿真和实车试验共同验证了优化方案的可行性。以上方法为改进低速碰撞性能和车辆后部结构设计提供了参考，具有一定的工程意义。

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