车身结构安全优化

●汽车安全车身结构安全优化赵天丽隋军(吉利汽车研究院)[摘要]针对某车型进行了正面40%可变形壁障碰撞试验,基于hypermesh分析了试验车车身侵人量过大的原因,并对车身前围板骨架、机舱、地板纵梁和前柱加强板结构进行了优化。结果表明,车身结构优化后,有效地改善了车身人侵量,降低了车身罚分,提高了车身碰撞性能,保证了汽车的安全性。主题词:碰撞试验车身结构 优化中图分类号:U467.14文献标识码:A 文章编号: 1000- -3703(2014) 10-0050- -05A Study on Safety Optimization of Body StructureZhao Tianli, Sui Jun(Geely Automobile Research Institute). [ Abstract ]40 % offset deformable barrier crash test is made to a vehicle model, and the cause of excessive intrusioninto test car body is analyzed based on hypermesh, and body front wall framework, engine compartment, floor longitudinalbeam and reinforced panel structure are optimized. The result indicates that after optimization of the body structure, bodyintrusion is reduced effectively, body crashworthiness is improved, and vehicle safety is ensured.Key words : Crash test; Body structure; Optimization(2012年版)》+,C-NCAP星级等级成为我国车辆质1前言量优劣的主要评价准则之- - 。据统计训，在汽车碰撞交通事故中,正面碰撞发3正面40%重叠可变形壁障碰撞试验生的概率最高，而不同碰撞重叠率的乘员伤亡不同,在重叠率为31 %~40 %区域乘员的受伤率最高。因3.1 碰撞工况及评价原则正面40%重叠可变形壁障碰撞试验可较准确地模车辆正面40%重叠可变形壁障碰撞性能好坏拟重叠率在31 %~40 %间的交通事故,因此,本文针主要通过试验得分高低来评判，得分越高车辆的碰对某款车型(A车型)进行了正面40 %重叠可变形撞性能越好,最高分为18分,其试验过程及分值计壁障碰撞试验,通过对试验结果的分析,提出了车算需满足《C-NCAP管理规则(2012年版)》第三章身结构优化方案，以提高车身正面40%重叠碰撞中关于40%可变形壁障碰撞试验项目及评分原则。图1为正面40%重叠可变形壁障碰撞试验工况示意,碰撞速度为64+1km/h,偏置碰撞车辆与可变形2汽车碰撞安全评价标准壁障碰撞重叠宽度在40 %车宽+20 mm的范围,表1为减少交通事故造成的生命财产损失，世界各为得分评分原则。国逐渐对汽车碰撞做出强制性要求123),自1978 年,美国首先开始实施新车评价规程(New Car .Assessment Program, NCAP),2006年中国汽车技术研究中心推出了我国的新车评级规程C-NCAP,并中国煤化工在2009年和2012年分别对C-NCAP进行了更新,YHCNMHG于2012年7月1日开始实施《C-NCAP管理规则图1正面40%重叠可变形壁障碰撞试验工况示意-一50汽车技术●汽车安全.表1正面40%重叠可变形壁障碰撞试验总体评分原则标准检验项目高性能限值低性能限值|指标最高分 部位最高分头部伤害指数(HIC36)65010004|头部.3ms合成加速度72 g88g| 罚分转向管柱向上位移量≤72 mm≥88mm1.9kN @ 0 ms,3.1kN@0ms,剪切力Fx1.2 kN@25- -35 ms, 1.5 kN@25-35 ms,前排1.1kN@45ms.1.1 kN @45 ms颈部.2.7kN @ 0 ms,3.3kN@0ms,头、颈部张力Fz2.3kN@35ms,2.9kN@35ms,1.1kN@60ms伸张弯矩My42 N.m57 N.m头部头部伤害指数(HIC15)5007001200N.1950N后排颈部1700N2620N36 N.m49 N.m压缩变形量22mm.50 mm3 ms合成加速度38g60g胸部转向管柱向后位移量≤90 mm .≥100 mm-罚分A柱向后位移量≤100mm.≥200 mm|后排23 mm45 mm9.07 kN@O ms膝、大腿、大腿压缩力3.8 kN7.56 kN@≥10 ms .骨盆膝盖滑动位移6 mm15 mm胫骨指数(T)0.41.3小腿、脚小腿压缩力2 kN8 kN及脚踝踏板向后位移量≤100 mm踏板向上位移量≤72 mm .对于两侧的每个车门，若在碰撞过程中开启，则分别减去1分对于前排驾驶员侧及第2排假人所放置位置的安全带,若在试验过程中失效,则-3分别减去1分将假人从约束系统中解脱时，如果发生锁止且通过在松脱装置上施加超过60N-4总体罚分项的压力仍未解除锁止则分别减去1分试验后,对应于每排座位，在不使用工具的前提下,两侧车门均不能打开,则该排-N对应减去1分碰撞试验后,若燃油供给系统存在液体连续泄漏且在碰撞后前5 min平均泄漏速率超过30 g/min,则减去2分注:踏板包括搁脚踏板、加油踏板和离合踏板,此处指碰撞中变形最严重的踏板(下同);N表示车]打开次数。3.2A车型正面40%重叠可变形壁障碰撞结果使驾驶员颈部和胸部伤害值增加,所以胸部失分;正根据图1碰撞工况对A车型进行正面40 %重面吸能空间小导致搁脚踏板断裂和踏板锁死，使小叠可变形壁障碰撞试验,试验后得分情况为:前排得腿、脚及脚踝失分。根据失分原因,确定车身结构优分4.6分，其中头、颈部得3.02分,胸部得0.6分,膝化的主要方向是控制乘员舱变形、降低机舱变形侵盖、大腿、骨盆部位得0.98分,小腿、脚及脚踝部位人量。得0分,得分率29 %;后排2分为满分。失分的主要原因是:驾驶员颈部扭矩超标,导致4车身结构中国煤化工头颈部失分;发动机舱侵人过大,导致驾驶员侧乘4.1 机舱与地MYHCNMH G员生存空间明显减小,转向盘后向、侧向位移量大,机舱与地板形成车身底部总成，车身底部的骨--.51--2014年第10期.汽车安全架和车身前柱在车辆碰撞过程中起到传导和递减碰撞力的作用，所以这些零件的结构决定了车身碰撞结果。根据车身结构，对车身底部纵梁间的连接方式和结构强度以及前柱的结构强度进行优化。(a)乘员侧地板底部4.1.1前地板后纵梁 与机舱前纵梁后段连接方式优化在A车型碰撞试验过程中，前地板后纵梁与机舱前纵梁后段焊接处焊点出现撕裂，使纵梁间的连接失效，如图2所示。连接失效的原因是焊接位置(b)驾驶员侧地板底部有效焊接面积过小，有效焊接边长只有6mm(→般图5结构优化后 碰撞结果焊接边最短需要12mm),焊接不牢固,在碰撞过程图5可看出，碰撞试验后乘员侧地板下纵梁连接牢固，而驾驶员侧地板下纵梁仍发生少量焊点中焊点失效,如图3所示。撕裂，这是因为地板下纵梁内灌注的结构胶强度高于焊点强度，造成此处强度不匹配而出现撕裂现象,此问题可通过调整结构胶使整体强度均匀即可解决。4.1.2 机舱与前地板结构强度优化根据A车型碰撞变形情况,首先对机舱与地板连接处的强度进行优化。通过分析可知，在机舱总(a)乘员侧成与地板总成构成的乘员舱中,机舱与地板通过左、中、右三纵梁支撑,虽然结构框架布置合理,但是强度较弱,这是造成碰撞时机舱(前围板)侵人量过大.的直接原因。图6为结构优化前除去地板主板和前围主板后机舱与地板骨架示意图。(b)驾驶员侧图2前地板后纵梁与机舱前纵梁后段焊接撕裂机舱前纵梁后段前地板 主板前地板后纵梁强度薄弱区图6机舱与地板骨架示意D6mm对前地板纵梁结构进行优化。在地板骨架强度薄弱区增加前地板左右前纵梁,中间增加前围“U”焊点易失效区域型加强板,如图7所示。图3优化前有效焊接边 长度为解决上述问题，在前地板后纵梁增加固定螺栓,机舱前纵梁后端增加螺母,即采用螺栓螺母连接机舱前图增加“U“形加强板的方式,并且在此处的内部空腔添加结构胶。优化后结构如图4所示,结构优化后碰撞结果如图5所示。机验骨架优化区3-B内添加料学:12明一优化中国煤化工对机舱纵.MHC NMH G右)前纵梁后.增加的螺栓、螺母图4优化后连接方式段加强板前端延长60 mm,材料为B340/590DP,料厚- 52汽车技术.汽车安全.为1.2mm,如图8所示;对左(右)前纵梁中段加强板4.2侧围前柱结构优化结构形状进行优化，将其原来的平板结构优化为侧围前柱结构对驾驶员视野和正面40%重叠“M"形结构,材料为B340/590DP，料厚为1.5 mm,如可变形壁障碰撞结果有明显的影响，前柱截面越大图9所示。对碰撞越有利，但不利于驾驶员视野。为使两方面达到匹配，根据造型及法规视野角要求确定前柱截孔优化,由φ16优化为φ7.延长60 mm面宽度,通过增加前柱加强板提高碰撞性能。A车型前柱加强板结构优化前如图12所示。前柱”下铰链固定板前限位拉杆架C000 "EDK前柱 下部缺少安全件前纵梁后段加强板前纵梁后段, 前柱下加强板图8左(右 )前纵梁后段加强板结构优化图12优化前前柱 加强板结构由图12可看出,优化前前柱内部有一个限位拉杆架的功能件,前柱下部(圆圈内)没有可加强结构优化前的零件，前柱强度较弱。优化后前柱加强板结构如图13所示,即取消了原来的前限位拉杆架,增加了前纵梁中段前纵梁中段 加强板前门]限位器加强板和前柱下部加强板，前柱功能不优化后变,但其结构强度增加。图9左( 右)前纵梁中段加强板结构优化增加零部件强度-前柱下改链固定板在机舱前围增加“U”形加强板,从前围板X前柱加强材料:B3401590DP板总成-前门限位器加强板向变形云图(图10)可看出，优化前前围板最大变-前柱下部加强板形量为175mm,优化后最大变形量为139mm,优化. 前柱下加强板增加儿字形加强板材厚:20 mm效果较明显。前地板增加前地板前纵梁,其前、后端分别与前围下骨架及地板上纵梁焊接，并优化发动图13优化后 前柱加强板结构机舱纵梁结构，前围板及前围下骨架变形改善效果对优化后车身结构进行了CAE模拟分析,结果良好,如图11所示。如表2所列。由表2可知，优化后前柱上边梁后移量、前柱后移量、前柱与B柱相对位移量及搁脚板x=175.6的变形量(X向)比优化前小。优化前、后前柱碰撞结果对比如图14所示，由图14可看出优化后前柱结变形最/mm构变形较小,乘员舱空间较完整。表2优化前、 后前柱测量值对比测量位置T优化前优化后目标值1525388前柱上边梁后移量/mm22.49.8三139.5搁脚板变形量/mm43.831.8 50前柱后移量/mm上部测点23.8下部测点13.411.6 30前柱与B柱上部测点12.7图10前围板CAE模拟对比云图相对位移/mm下部测点 9.96.530变形量/mn1010一1.067x10中国煤化工FHCNMH G图11前围骨架 CAE模拟对比云图(a)优化前2014年第10期-53一●汽车安全5.2 整车变形情况分析与优化前模型相比，由于各优化方案中对发动机舱结构进行了加强，所以导致整车加速度峰值增加,如图16和表5所示。整车速度曲线和整车位移曲线分别如图17 和图18所示，速度为零的时刻可11111代表整车吸能时间长短。车身优化前、后车辆最大(b)优化后变形量和整车速度为零时刻对比如表6所列。图14优化前 、后前柱碰撞结果对比5[一优化前5优化后正面40%重叠可变形壁障碰撞试验结果分析5.1局部变形情况分析表3为优化前、后转向管柱及3个踏板变形量-3对比,由表3可知,车身结构优化后3个踏板的变形0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 .量都有所下降，转向管柱变形量增加的原因是试验时间/s车的管柱与IP横梁存在装配偏差。图16 整车加速度波形表3优化前、后转向管柱及3个踏板变形量对比表5优化前、后加速度峰值及 其对应时刻变形量/mm加速度优化前优化后测量位置峰值/g42.2上移29.6-19.7对应时刻/ms99.2转向管柱侧移56.482.12092.598.6--优化后离合踏板53.446.4后移113.099.186.829.3制动踏板210.7128.5-10.819.40 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16油广]踏板时间/s .70.595.1图17整车速 度曲线注:负号代表方向,不影响试验结果分析。1.4厂-优化前车身结构优化后再进行正面40%重叠可变形1.2--- 优化后壁障碰撞试验,经三坐标测量结果显示,前柱整体后0.8移量及上移量均减小，测量位置见图15,优化前、后着0.6测量结果对比见表4。0.4-图18整车位移曲线( 含壁障变形)表6整车最大变形量和速度为零时刻对比图15前柱测量位置变形情况表4前柱变形量对比mm速度为零时刻/ms113.5110.6优化前优化后 优化前 优化后后移量上移量整车最大变形量/mm1 3011 284RA111.77.17.25.3试验结 果分析中国煤化工对A车型面40%重叠A柱RA212.65.810.0.9可变形壁障碰HCNM H G.前排得8.22RA314.96.98.46.2分，其中前排头、颈得3.57分胸部得1.42分,膝盖、大汽车技术.新能源技术.电动汽车用锂离子电池组温度均匀性试验研究*林春景许思传常国峰 蔡飞龙(同济大学)[摘要]以电动汽车用方形磷酸铁锂电池为研究对象,通过分析恒流放电过程中有/无高导热石墨片的电池单体表面以及电池模块不同位置间温差的变化情况，研究了高导热石墨片对提高锂离子电池温度均匀性的作用。试验结果表明,高导热石墨片作为强化传热措施,能够有效提高电池单体表面以及电池模块内部的热均匀性进而提高电动汽车用动力电池热管理系统的性能。主题词:锂离子电池温度均匀性强化传热高导热石墨片中图分类号:U463.6文献标识码:A 文 章编号: 1000- -3703(2014)10-0055-04Thermal Uniformity and Enhanced Thermal Transfer ofRectangular Lithium- -ion Power BatteriesLin Chunjing, Xu Sichuan, Chang Guofeng, Cai Feilong(Clean Energy Automobile Engineering Center, Tongji University)[Abstract ]In this paper, we take the rectangular LiFeP04 batteries for EV as the research object to study the effectof high conductive graphite sheets on the temperature uniformity in lithium -ion battery packs through comparingtemperature difference changes on battery cell surface and between different cells with or without graphite sheets in theprocess of constant- curent discharge. Experiment result shows that this high conductive graphite sheets, as the enhancedheat transfer method, can effectively increase the thermal uniformity on cell surfaces and between different cells, whichmeans that it is helpful to enhance the performance of thermal management system (TMS) for battery packs in batteryelectrie vehicle( BEV).Key words:Lithium -ion battery, Thermal uniformity, Enhanced thermal transfer, Highthermal conductive graphite sheets行充放电,并伴随大量热量的产生,而动力电池的温1前言度对电化学反应速率、充电接受能力安全性、循环电动汽车在行驶过程中，车载动力电池不断进寿命、比功率和比能量等的影响较大-。同时由于*基金项目:国家“973”高科技资助项目(201 1CB711203)。上海市科学技术委员会资助( 1 1DZ2260400)。腿骨盆得2分，小腿脚及脚踝得1.23 分,得分率51%;重叠可变形壁障碰撞性能。后排2分为满分。由车身结构优化前、后试验结果可知,参考文献正面40%重叠可变形壁障碰撞分值由原来的4.60分提1王冬梅,李向荣,朱西产,等.两种典型正面碰撞试验的研升到8.22分,由占总分值的29 %提升到占总分值51%。究.中国汽车工程学会2004汽车安全技术国际研讨会论文集.北京:人民交通出版社2004.车身侵入量得到了改善，降低了车身项目罚分。2朱西产实 车碰撞试验法规的现状及发展趋势分析.汽车6结束语技术,2001(4):5~20.针对某A车型进行了正面40%重叠可变形壁3朱西产.汽车正面碰撞试验法规及其发展趋势分析.汽车工程,2002(1);:1~10.障碰撞试验,对碰撞过程中影响C-NCAP分值的零4中国汽车技 术研究中心C-NCAP管理规则(2012 年版),部件结构进行了优化,结果表明,通过对机舱纵梁强2012.中国煤化工度前地板纵梁强度及侧围前柱强度的优化,改善了HCNMHG文楫)车身关键件的变形量,进而提高了车身的正面40%修改稿收到8期为2014年7月7日。-55-2014年第10期