某SUV车型顶部抗压强度车身结构研究

陈云 闫跃奇 杨春花

摘 要:本文结合《乘用车顶部抗压强度》国家强制性标准及国内外顶部抗压要求发展趋势,同时介绍了实验的准备和实施的过程,以某SUV车型车身结构提升为例,对顶部抗压如何达到《中国保险汽车安全指数》顶部抗压优秀目标进行优化,使其满足更高的车顶抗压强度要求,为乘用车顶部抗压强度设计开发提供支持。

关键词:顶部抗压 车身结构

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 国家标准解读

1.1 国家标准

GB26134-2010《乘用车顶部抗压强度》(以下简称“国标”),其标准的内容主要是参照美国联邦机动车法规的内容进行展开的,所以在主体的技术路线以及实现方法上,保持着一致。其项目的性能要求指标是在承受着1.5倍压力时,车辆的顶部变形不得超过127mm。为此文章重点介绍国标内容的实验车型以及要求方法[2]。

1.2 细则标准

在各类标准当中,GB26134-2010、FMVSS 216和FMVSS 216a的车顶静态加载试验程序基本相同。只是FMVSS 216a对被测试车辆顶部抗压强度提出了更高的要求。首先是在适用的范围上,GB26134-2010仅仅是应用在敞篷车以外的M1类型的车辆上进行应用。FMVSS 216和FMVSS 216a表準是适用于乘用车、多用途乘用车、轻型货车和公共汽车等汽车类型[3]。其次是对承载的极限值上进行了限定,GB26134-2010与FMVSS 216当中对于加载装置的移动量上进行相应的情况设置,移动量在不大于127mm的基础之上,加载的载荷需要达到车辆整备重量的1.5倍,不超过22240N;同时还新增了受力测试的相关内容,在前排位置处增加了头部模型,加载装置移动量达到127mm时,车顶与头部模型的接触压力不能够大于222N。

1.3 国内外发展趋势

其次在汽车质量的上限要求中,其总质量需要不超过2722kg。同时两侧车顶应能承受的载荷由整备质量1.5倍提升为整备质量的3倍。除此之外,FMVSS216a标准还增加了位于50%的成年男性的头部位置,头部模型所受载荷不大于222N,目的是为了能够在发生侧翻时,避免由于车内乘员头部受到挤压后产生变形进而造成致命伤害。另外,C-IASI -2017《中国保险汽车安全指数》规程中,第2部分:车内乘员安全指数 ,车顶强度评价规程,第2部分:车内乘员安全指数中规定车顶强度评级达到优秀目标,施加载荷须满足≥4倍车重;

2 试验方法综述

2.1 测试样品准备与固定

测试的样品应该是整车或者是具备全部结构部件的白车身。将车身底梁或者是底盘车架刚性的固定在刚性的水平面上。以保证在实验进行的过程当中使车身以及整车的性能能够得到充分的支撑,在车辆在横向方向上,支撑面与水平参考面之间的夹角为(0±0.25)°,同时车辆两侧纵梁支撑面与水平面的夹角为(0±0.25)°,在侧向方向上,也要对车辆进行刚性的固定。

2.2 测试设备

在实际进行测试的过程当中,测试环节采用的加载设备主要是以方形设备为主,其刚度保持不变,下表面的面积应该为长方形的平面。同时在纵向轴线的加载活动中,需要沿着水平面向下进行倾斜,倾斜的角度最好再5°范围以内。加载设备与辅助固定装置如图1所示。

2.3 加载位置与荷载施加

在始终保持着倾斜方向的加载力度基础上,向下移动加载装置,直至长方形的加载装置与车顶表面直接接触。所以在不断的调整加载位置的同时,需要保持着加载设备的下表面纵向的中心向是重要与车顶的接触点进行接触。使加载位置位于后边缘的重点位置。直至加载的值满足规定所要求的数据,并且要求整个实验需要在120s内完成。

3 乘用车顶部抗压强度的设计要点

3.1 基础模型分析

通过CAE模拟方法为基础使用平台,通过HyperMesh软件建立模型并进行网格划分,通过LS-DYNA软件进行计算,HyperView为后处理,其中模型包括,车身骨架有限元模型,侧门、后背门有限元模型,前风挡有限元模型,加载压板模型,如图2所示,车身骨架关键零件清单如表1所示。通过分析,车门强度及车身骨架自身强度,尤其是车身骨架A柱、B柱、上边梁等强度是反映汽车车身品质的重要指标,对于提高车辆的安全性能具有重要意义。车身结构关键结构、搭接形式等设计是乘用车顶部设计的关键点,同时也是行业内研究的热点。

加载装置向下运动0~127mm过程中反作用力如图3所示:

通过分析,原车型方案是满足3倍车重,即不仅满足GB26134-2010标准,同时也满足GB26134-2019草案中3倍车重要求;基于当前国内安全要求的提升,为此本文结合着C-IASI -2017(中国保险汽车安全指数)中的顶部抗压要求提出了具体的解决方案。

3.2 提升方案

针对C-IASI(中国保险汽车安全指数)中车内乘员舱安全指数的相关要求,以车身顶部抗压达到优秀目标(即满足载荷≥4倍整备重量)为基本要求。车身的设计结合着实际情况做了如下提升。首先,B柱加强板内增加了B柱加强板补丁板,A柱上加强板内也增加了A柱加强补丁板;其次,B柱加强板补丁板及A柱加强补丁板材质料厚按方案1、方案2、方案3、方案4(表2)进行设置配比;通过分析方案3能够满足4倍车重要求;方案的设置情况如表2所示。方案的设计情况,方案3能够有效地保证参数的基本要求,能够达到最终的实际效果。

4 结论

本文结合国内外乘用车顶部抗压要求发展趋势以及实验内容和体系进行展开,以此为基础不断的改进产品以及硬件水平。传统的被动式的安全部件已经逐渐的融入了主动的安全技术,同时结合CAE模拟仿真技术以及实验测试的相关要求,以某乘用车为例,开展了乘用车顶部抗压强度的设计要点,并以此开展了几项实验设计,并依据实验结果确定了最优的实验方案。单一的强调某一项指标对于成员的保护是片面的综合来考虑各项安全指标,才能真正提升车辆的安全性能。

参考文献:

[1]王阳,毕腾飞,王坤,王培中.乘用车顶部抗压强度标准解读[A].中国汽车工程学会.2013中国汽车工程学会年会论文集[C].中国汽车工程学会:中国汽车工程学会,2013:4.

[2]侯雄伟,苏小平.某中型校车顶部强度分析与结构改进[J].客车技术与研究,2014,36(01):19-22.

标签: 抗压 车顶 乘用车