陳云　閆躍奇　楊春花

摘 要：本文結(jié)合《乘用車(chē)頂部抗壓強(qiáng)度》國(guó)家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)及國(guó)內(nèi)外頂部抗壓要求發(fā)展趨勢(shì)，同時(shí)介紹了實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備和實(shí)施的過(guò)程，以某SUV車(chē)型車(chē)身結(jié)構(gòu)提升為例，對(duì)頂部抗壓如何達(dá)到《中國(guó)保險(xiǎn)汽車(chē)安全指數(shù)》頂部抗壓優(yōu)秀目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，使其滿足更高的車(chē)頂抗壓強(qiáng)度要求，為乘用車(chē)頂部抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)提供支持。

關(guān)鍵詞：頂部抗壓 車(chē)身結(jié)構(gòu)

Research on the Top Compressive Strength Body Structure of a Certain SUV Model

Chen Yun Yan Yueqi Yang Chunhua

Abstract：This article combines the national compulsory standard of "Passenger Car Top Compressive Strength" and the development trend of top compression requirements at home and abroad. At the same time， the preparation and implementation process of the experiment are introduced. How to achieve compressive resistance at the top of the "China Insurance Automobile Safety Index" is optimized to meet higher requirements for roof compressive strength and provide support for the design and development of passenger car roof compressive strength.

Key words：top compression， body structure

1 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)解讀

1.1 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)

GB26134-2010《乘用車(chē)頂部抗壓強(qiáng)度》（以下簡(jiǎn)稱“國(guó)標(biāo)”），其標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容主要是參照美國(guó)聯(lián)邦機(jī)動(dòng)車(chē)法規(guī)的內(nèi)容進(jìn)行展開(kāi)的，所以在主體的技術(shù)路線以及實(shí)現(xiàn)方法上，保持著一致。其項(xiàng)目的性能要求指標(biāo)是在承受著1.5倍壓力時(shí)，車(chē)輛的頂部變形不得超過(guò)127mm。為此文章重點(diǎn)介紹國(guó)標(biāo)內(nèi)容的實(shí)驗(yàn)車(chē)型以及要求方法[2]。

1.2 細(xì)則標(biāo)準(zhǔn)

在各類標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)中，GB26134-2010、FMVSS 216和FMVSS 216a的車(chē)頂靜態(tài)加載試驗(yàn)程序基本相同。只是FMVSS 216a對(duì)被測(cè)試車(chē)輛頂部抗壓強(qiáng)度提出了更高的要求。首先是在適用的范圍上，GB26134-2010僅僅是應(yīng)用在敞篷車(chē)以外的M1類型的車(chē)輛上進(jìn)行應(yīng)用。FMVSS 216和FMVSS 216a表準(zhǔn)是適用于乘用車(chē)、多用途乘用車(chē)、輕型貨車(chē)和公共汽車(chē)等汽車(chē)類型[3]。其次是對(duì)承載的極限值上進(jìn)行了限定，GB26134-2010與FMVSS 216當(dāng)中對(duì)于加載裝置的移動(dòng)量上進(jìn)行相應(yīng)的情況設(shè)置，移動(dòng)量在不大于127mm的基礎(chǔ)之上，加載的載荷需要達(dá)到車(chē)輛整備重量的1.5倍，不超過(guò)22240N;同時(shí)還新增了受力測(cè)試的相關(guān)內(nèi)容，在前排位置處增加了頭部模型，加載裝置移動(dòng)量達(dá)到127mm時(shí)，車(chē)頂與頭部模型的接觸壓力不能夠大于222N。

1.3 國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì)

其次在汽車(chē)質(zhì)量的上限要求中，其總質(zhì)量需要不超過(guò)2722kg。同時(shí)兩側(cè)車(chē)頂應(yīng)能承受的載荷由整備質(zhì)量1.5倍提升為整備質(zhì)量的3倍。除此之外，F(xiàn)MVSS216a標(biāo)準(zhǔn)還增加了位于50%的成年男性的頭部位置，頭部模型所受載荷不大于222N，目的是為了能夠在發(fā)生側(cè)翻時(shí)，避免由于車(chē)內(nèi)乘員頭部受到擠壓后產(chǎn)生變形進(jìn)而造成致命傷害。另外，C-IASI -2017《中國(guó)保險(xiǎn)汽車(chē)安全指數(shù)》規(guī)程中，第2部分：車(chē)內(nèi)乘員安全指數(shù) ，車(chē)頂強(qiáng)度評(píng)價(jià)規(guī)程，第2部分：車(chē)內(nèi)乘員安全指數(shù)中規(guī)定車(chē)頂強(qiáng)度評(píng)級(jí)達(dá)到優(yōu)秀目標(biāo)，施加載荷須滿足≥4倍車(chē)重;

2 試驗(yàn)方法綜述

2.1 測(cè)試樣品準(zhǔn)備與固定

測(cè)試的樣品應(yīng)該是整車(chē)或者是具備全部結(jié)構(gòu)部件的白車(chē)身。將車(chē)身底梁或者是底盤(pán)車(chē)架剛性的固定在剛性的水平面上。以保證在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的過(guò)程當(dāng)中使車(chē)身以及整車(chē)的性能能夠得到充分的支撐，在車(chē)輛在橫向方向上，支撐面與水平參考面之間的夾角為（0±0.25）°，同時(shí)車(chē)輛兩側(cè)縱梁支撐面與水平面的夾角為（0±0.25）°，在側(cè)向方向上，也要對(duì)車(chē)輛進(jìn)行剛性的固定。

2.2 測(cè)試設(shè)備

在實(shí)際進(jìn)行測(cè)試的過(guò)程當(dāng)中，測(cè)試環(huán)節(jié)采用的加載設(shè)備主要是以方形設(shè)備為主，其剛度保持不變，下表面的面積應(yīng)該為長(zhǎng)方形的平面。同時(shí)在縱向軸線的加載活動(dòng)中，需要沿著水平面向下進(jìn)行傾斜，傾斜的角度最好再5°范圍以內(nèi)。加載設(shè)備與輔助固定裝置如圖1所示。

2.3 加載位置與荷載施加

在始終保持著傾斜方向的加載力度基礎(chǔ)上，向下移動(dòng)加載裝置，直至長(zhǎng)方形的加載裝置與車(chē)頂表面直接接觸。所以在不斷的調(diào)整加載位置的同時(shí)，需要保持著加載設(shè)備的下表面縱向的中心向是重要與車(chē)頂?shù)慕佑|點(diǎn)進(jìn)行接觸。使加載位置位于后邊緣的重點(diǎn)位置。直至加載的值滿足規(guī)定所要求的數(shù)據(jù)，并且要求整個(gè)實(shí)驗(yàn)需要在120s內(nèi)完成。

3 乘用車(chē)頂部抗壓強(qiáng)度的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 基礎(chǔ)模型分析

通過(guò)CAE模擬方法為基礎(chǔ)使用平臺(tái)，通過(guò)HyperMesh軟件建立模型并進(jìn)行網(wǎng)格劃分，通過(guò)LS-DYNA軟件進(jìn)行計(jì)算，HyperView為后處理，其中模型包括，車(chē)身骨架有限元模型，側(cè)門(mén)、后背門(mén)有限元模型，前風(fēng)擋有限元模型，加載壓板模型，如圖2所示，車(chē)身骨架關(guān)鍵零件清單如表1所示。通過(guò)分析，車(chē)門(mén)強(qiáng)度及車(chē)身骨架自身強(qiáng)度，尤其是車(chē)身骨架A柱、B柱、上邊梁等強(qiáng)度是反映汽車(chē)車(chē)身品質(zhì)的重要指標(biāo)，對(duì)于提高車(chē)輛的安全性能具有重要意義。車(chē)身結(jié)構(gòu)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)、搭接形式等設(shè)計(jì)是乘用車(chē)頂部設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)，同時(shí)也是行業(yè)內(nèi)研究的熱點(diǎn)。

加載裝置向下運(yùn)動(dòng)0～127mm過(guò)程中反作用力如圖3所示：

通過(guò)分析，原車(chē)型方案是滿足3倍車(chē)重，即不僅滿足GB26134-2010標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)也滿足GB26134-2019草案中3倍車(chē)重要求;基于當(dāng)前國(guó)內(nèi)安全要求的提升，為此本文結(jié)合著C-IASI -2017（中國(guó)保險(xiǎn)汽車(chē)安全指數(shù)）中的頂部抗壓要求提出了具體的解決方案。

3.2 提升方案

針對(duì)C-IASI（中國(guó)保險(xiǎn)汽車(chē)安全指數(shù)）中車(chē)內(nèi)乘員艙安全指數(shù)的相關(guān)要求，以車(chē)身頂部抗壓達(dá)到優(yōu)秀目標(biāo)（即滿足載荷≥4倍整備重量）為基本要求。車(chē)身的設(shè)計(jì)結(jié)合著實(shí)際情況做了如下提升。首先，B柱加強(qiáng)板內(nèi)增加了B柱加強(qiáng)板補(bǔ)丁板，A柱上加強(qiáng)板內(nèi)也增加了A柱加強(qiáng)補(bǔ)丁板;其次，B柱加強(qiáng)板補(bǔ)丁板及A柱加強(qiáng)補(bǔ)丁板材質(zhì)料厚按方案1、方案2、方案3、方案4（表2）進(jìn)行設(shè)置配比;通過(guò)分析方案3能夠滿足4倍車(chē)重要求;方案的設(shè)置情況如表2所示。方案的設(shè)計(jì)情況，方案3能夠有效地保證參數(shù)的基本要求，能夠達(dá)到最終的實(shí)際效果。

4 結(jié)論

本文結(jié)合國(guó)內(nèi)外乘用車(chē)頂部抗壓要求發(fā)展趨勢(shì)以及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和體系進(jìn)行展開(kāi)，以此為基礎(chǔ)不斷的改進(jìn)產(chǎn)品以及硬件水平。傳統(tǒng)的被動(dòng)式的安全部件已經(jīng)逐漸的融入了主動(dòng)的安全技術(shù)，同時(shí)結(jié)合CAE模擬仿真技術(shù)以及實(shí)驗(yàn)測(cè)試的相關(guān)要求，以某乘用車(chē)為例，開(kāi)展了乘用車(chē)頂部抗壓強(qiáng)度的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，并以此開(kāi)展了幾項(xiàng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，并依據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果確定了最優(yōu)的實(shí)驗(yàn)方案。單一的強(qiáng)調(diào)某一項(xiàng)指標(biāo)對(duì)于成員的保護(hù)是片面的綜合來(lái)考慮各項(xiàng)安全指標(biāo)，才能真正提升車(chē)輛的安全性能。

參考文獻(xiàn)：

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