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《吉林大学》 2011年
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某乘用车正面碰撞波形优化及其方法研究

刘乐丹  
【摘要】:车辆正面碰撞是交通事故中造成死亡和严重受伤最多的工况,车辆正面碰撞的抗撞性能是汽车安全性的重要内容。车辆发生正面碰撞时,车辆前端结构发生变形和破坏,并吸收碰撞产生的能量。整个碰撞期间,车体处于一个减速过程,车辆中各点减速度不同。车辆主要变形吸能部位是车辆前端结构,B柱之后的结构在整个碰撞过程中几乎不发生变形。因此,通常将B柱上采集到的减速度信号作为整车减速度。正面碰撞过程中,将车辆减速度-时间历程称为车辆正面碰撞波形。碰撞波形是车辆碰撞中重要且容易获得的响应特征,是正面碰撞抗撞性设计的重要内容。正面碰撞波形不仅可以用来衡量车辆正碰剧烈程度,更重要的,碰撞波形和乘员伤害密切相关。碰撞能量相同的情况下,合理的正面碰撞波形造成的乘员伤害较小,因此,正面碰撞波形优化具有十分重要的意义。 车辆正碰过程中,前端结构的变形决定了正碰波形,通过修改前端结构可以优化碰撞波形。在传统车身抗撞性开发流程中,结构详细设计阶段通常根据经验设计结构,对设计后的结构通过试验或虚拟试验方法进行验证,若波形没有得到改善,需要再次修改结构,直至波形得到改善。该设计方法缺乏明确的目标指导,通常需要经历一个反复“试错”的过程,工作量大。在产品开发的概念设计阶段引入性能设计,在设计初期就以车辆正面碰撞波形为目标改进结构抗撞性,为后续设计提供明确的目标,可以减少反复“试错”的过程,从而减少详细设计阶段工作量。 论文对都乘用车保险杠和前纵梁结构进行了改进设计,并通过结构改进实现了整车碰撞波形优化。 论文以某乘用车为例,对该车进行正面碰撞虚拟试验。以合理的正面碰撞波形为总目标,对某乘用车前端结构进行抗撞性改进设计。车身与刚性墙的接触力-位移曲线与碰撞波形趋势基本一致,可以建立波形和接触力-位移的近似关系。对接触力-位移曲线进行积分得到车体结构吸能量与结构变形的关系后,将车体结构吸能量分配到相应的空间上,确定车体子结构性能,以子结构性能为子目标。通过设计子结构参数,使子结构性能达到子目标要求。设计后的子结构与整车集成,并进行结构和连接上的调整,使子结构在整车中达到预期变形。通过调整,子结构吸能在整车中达到子目标,进而实现目标波形,达到优化正面碰撞波形的目的。 论文主要讨论某乘用车正面碰撞波形与接触力-位移及车体子结构性能的关系,并探讨合理的正面碰撞波形的设定方法和基于优化目标确定子结构性能的方法。同时,论文还探讨了保险杠的结构设计方法以及车身中常用薄壁梁结构快速设计方法。 论文的创新性在于以优化的碰撞波形为总目标,通过对优化目标进行分析,确定车体结构性能子目标,通过实现子目标达到总目标,实现了车体前端抗撞结构正向快速设计。论文提出的优化方法为产品开发后期技术设计提供方向,对技术设计阶段提出安全性目标要求,减少产品技术设计阶段专门针对抗撞性的设计和反复修改次数,提供车身部分常用薄壁梁结构快速设计方法,减少产品开发过程后期的工作量,并为其它车型的碰撞波形优化提供参考。
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:U467.14

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