車(chē)身結構安全優(yōu)化

●汽車(chē)安全車(chē)身結構安全優(yōu)化趙天麗隋軍(吉利汽車(chē)研究院)[摘要]針對某車(chē)型進(jìn)行了正面40%可變形壁障碰撞試驗,基于hypermesh分析了試驗車(chē)車(chē)身侵人量過(guò)大的原因,并對車(chē)身前圍板骨架、機艙、地板縱梁和前柱加強板結構進(jìn)行了優(yōu)化。結果表明,車(chē)身結構優(yōu)化后,有效地改善了車(chē)身人侵量,降低了車(chē)身罰分,提高了車(chē)身碰撞性能,保證了汽車(chē)的安全性。主題詞:碰撞試驗車(chē)身結構 優(yōu)化中圖分類(lèi)號:U467.14文獻標識碼:A 文章編號: 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星級等級成為我國車(chē)輛質(zhì)1前言量?jì)?yōu)劣的主要評價(jià)準則之- - 。據統計訓，在汽車(chē)碰撞交通事故中,正面碰撞發(fā)3正面40%重疊可變形壁障碰撞試驗生的概率最高，而不同碰撞重疊率的乘員傷亡不同,在重疊率為31 %~40 %區域乘員的受傷率最高。因3.1 碰撞工況及評價(jià)原則正面40%重疊可變形壁障碰撞試驗可較準確地模車(chē)輛正面40%重疊可變形壁障碰撞性能好壞擬重疊率在31 %~40 %間的交通事故,因此,本文針主要通過(guò)試驗得分高低來(lái)評判，得分越高車(chē)輛的碰對某款車(chē)型(A車(chē)型)進(jìn)行了正面40 %重疊可變形撞性能越好,最高分為18分,其試驗過(guò)程及分值計壁障碰撞試驗,通過(guò)對試驗結果的分析,提出了車(chē)算需滿(mǎn)足《C-NCAP管理規則(2012年版)》第三章身結構優(yōu)化方案，以提高車(chē)身正面40%重疊碰撞中關(guān)于40%可變形壁障碰撞試驗項目及評分原則。圖1為正面40%重疊可變形壁障碰撞試驗工況示意,碰撞速度為64+1km/h,偏置碰撞車(chē)輛與可變形2汽車(chē)碰撞安全評價(jià)標準壁障碰撞重疊寬度在40 %車(chē)寬+20 mm的范圍,表1為減少交通事故造成的生命財產(chǎn)損失，世界各為得分評分原則。國逐漸對汽車(chē)碰撞做出強制性要求123),自1978 年,美國首先開(kāi)始實(shí)施新車(chē)評價(jià)規程(New Car .Assessment Program, NCAP),2006年中國汽車(chē)技術(shù)研究中心推出了我國的新車(chē)評級規程C-NCAP,并中國煤化工在2009年和2012年分別對C-NCAP進(jìn)行了更新,YHCNMHG于2012年7月1日開(kāi)始實(shí)施《C-NCAP管理規則圖1正面40%重疊可變形壁障碰撞試驗工況示意-一50汽車(chē)技術(shù)●汽車(chē)安全.表1正面40%重疊可變形壁障碰撞試驗總體評分原則標準檢驗項目高性能限值低性能限值|指標最高分 部位最高分頭部傷害指數(HIC36)65010004|頭部.3ms合成加速度72 g88g| 罰分轉向管柱向上位移量≤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頸部.2.7kN @ 0 ms,3.3kN@0ms,頭、頸部張力Fz2.3kN@35ms,2.9kN@35ms,1.1kN@60ms伸張彎矩My42 N.m57 N.m頭部頭部傷害指數(HIC15)5007001200N.1950N后排頸部1700N2620N36 N.m49 N.m壓縮變形量22mm.50 mm3 ms合成加速度38g60g胸部轉向管柱向后位移量≤90 mm .≥100 mm-罰分A柱向后位移量≤100mm.≥200 mm|后排23 mm45 mm9.07 kN@O ms膝、大腿、大腿壓縮力3.8 kN7.56 kN@≥10 ms .骨盆膝蓋滑動(dòng)位移6 mm15 mm脛骨指數(T)0.41.3小腿、腳小腿壓縮力2 kN8 kN及腳踝踏板向后位移量≤100 mm踏板向上位移量≤72 mm .對于兩側的每個(gè)車(chē)門(mén)，若在碰撞過(guò)程中開(kāi)啟，則分別減去1分對于前排駕駛員側及第2排假人所放置位置的安全帶,若在試驗過(guò)程中失效,則-3分別減去1分將假人從約束系統中解脫時(shí)，如果發(fā)生鎖止且通過(guò)在松脫裝置上施加超過(guò)60N-4總體罰分項的壓力仍未解除鎖止則分別減去1分試驗后,對應于每排座位，在不使用工具的前提下,兩側車(chē)門(mén)均不能打開(kāi),則該排-N對應減去1分碰撞試驗后,若燃油供給系統存在液體連續泄漏且在碰撞后前5 min平均泄漏速率超過(guò)30 g/min,則減去2分注:踏板包括擱腳踏板、加油踏板和離合踏板,此處指碰撞中變形最嚴重的踏板(下同);N表示車(chē)]打開(kāi)次數。3.2A車(chē)型正面40%重疊可變形壁障碰撞結果使駕駛員頸部和胸部傷害值增加,所以胸部失分;正根據圖1碰撞工況對A車(chē)型進(jìn)行正面40 %重面吸能空間小導致擱腳踏板斷裂和踏板鎖死，使小疊可變形壁障碰撞試驗,試驗后得分情況為:前排得腿、腳及腳踝失分。根據失分原因,確定車(chē)身結構優(yōu)分4.6分，其中頭、頸部得3.02分,胸部得0.6分,膝化的主要方向是控制乘員艙變形、降低機艙變形侵蓋、大腿、骨盆部位得0.98分,小腿、腳及腳踝部位人量。得0分,得分率29 %;后排2分為滿(mǎn)分。失分的主要原因是:駕駛員頸部扭矩超標,導致4車(chē)身結構中國煤化工頭頸部失分;發(fā)動(dòng)機艙侵人過(guò)大,導致駕駛員側乘4.1 機艙與地MYHCNMH G員生存空間明顯減小,轉向盤(pán)后向、側向位移量大,機艙與地板形成車(chē)身底部總成，車(chē)身底部的骨--.51--2014年第10期.汽車(chē)安全架和車(chē)身前柱在車(chē)輛碰撞過(guò)程中起到傳導和遞減碰撞力的作用，所以這些零件的結構決定了車(chē)身碰撞結果。根據車(chē)身結構，對車(chē)身底部縱梁間的連接方式和結構強度以及前柱的結構強度進(jìn)行優(yōu)化。(a)乘員側地板底部4.1.1前地板后縱梁 與機艙前縱梁后段連接方式優(yōu)化在A(yíng)車(chē)型碰撞試驗過(guò)程中，前地板后縱梁與機艙前縱梁后段焊接處焊點(diǎn)出現撕裂，使縱梁間的連接失效，如圖2所示。連接失效的原因是焊接位置(b)駕駛員側地板底部有效焊接面積過(guò)小，有效焊接邊長(cháng)只有6mm(→般圖5結構優(yōu)化后 碰撞結果焊接邊最短需要12mm),焊接不牢固,在碰撞過(guò)程圖5可看出，碰撞試驗后乘員側地板下縱梁連接牢固，而駕駛員側地板下縱梁仍發(fā)生少量焊點(diǎn)中焊點(diǎn)失效,如圖3所示。撕裂，這是因為地板下縱梁內灌注的結構膠強度高于焊點(diǎn)強度，造成此處強度不匹配而出現撕裂現象,此問(wèn)題可通過(guò)調整結構膠使整體強度均勻即可解決。4.1.2 機艙與前地板結構強度優(yōu)化根據A車(chē)型碰撞變形情況,首先對機艙與地板連接處的強度進(jìn)行優(yōu)化。通過(guò)分析可知，在機艙總(a)乘員側成與地板總成構成的乘員艙中,機艙與地板通過(guò)左、中、右三縱梁支撐,雖然結構框架布置合理,但是強度較弱,這是造成碰撞時(shí)機艙(前圍板)侵人量過(guò)大.的直接原因。圖6為結構優(yōu)化前除去地板主板和前圍主板后機艙與地板骨架示意圖。(b)駕駛員側圖2前地板后縱梁與機艙前縱梁后段焊接撕裂機艙前縱梁后段前地板 主板前地板后縱梁強度薄弱區圖6機艙與地板骨架示意D6mm對前地板縱梁結構進(jìn)行優(yōu)化。在地板骨架強度薄弱區增加前地板左右前縱梁,中間增加前圍“U”焊點(diǎn)易失效區域型加強板,如圖7所示。圖3優(yōu)化前有效焊接邊 長(cháng)度為解決上述問(wèn)題，在前地板后縱梁增加固定螺栓,機艙前縱梁后端增加螺母,即采用螺栓螺母連接機艙前圖增加“U“形加強板的方式,并且在此處的內部空腔添加結構膠。優(yōu)化后結構如圖4所示,結構優(yōu)化后碰撞結果如圖5所示。機驗骨架優(yōu)化區3-B內添加料學(xué):12明一優(yōu)化中國煤化工對機艙縱.MHC NMH G右)前縱梁后.增加的螺栓、螺母圖4優(yōu)化后連接方式段加強板前端延長(cháng)60 mm,材料為B340/590DP,料厚- 52汽車(chē)技術(shù).汽車(chē)安全.為1.2mm,如圖8所示;對左(右)前縱梁中段加強板4.2側圍前柱結構優(yōu)化結構形狀進(jìn)行優(yōu)化，將其原來(lái)的平板結構優(yōu)化為側圍前柱結構對駕駛員視野和正面40%重疊“M"形結構,材料為B340/590DP，料厚為1.5 mm,如可變形壁障碰撞結果有明顯的影響，前柱截面越大圖9所示。對碰撞越有利，但不利于駕駛員視野。為使兩方面達到匹配，根據造型及法規視野角要求確定前柱截孔優(yōu)化,由φ16優(yōu)化為φ7.延長(cháng)60 mm面寬度,通過(guò)增加前柱加強板提高碰撞性能。A車(chē)型前柱加強板結構優(yōu)化前如圖12所示。前柱”下鉸鏈固定板前限位拉桿架C000 "EDK前柱 下部缺少安全件前縱梁后段加強板前縱梁后段, 前柱下加強板圖8左(右 )前縱梁后段加強板結構優(yōu)化圖12優(yōu)化前前柱 加強板結構由圖12可看出,優(yōu)化前前柱內部有一個(gè)限位拉桿架的功能件,前柱下部(圓圈內)沒(méi)有可加強結構優(yōu)化前的零件，前柱強度較弱。優(yōu)化后前柱加強板結構如圖13所示,即取消了原來(lái)的前限位拉桿架,增加了前縱梁中段前縱梁中段 加強板前門(mén)]限位器加強板和前柱下部加強板，前柱功能不優(yōu)化后變,但其結構強度增加。圖9左( 右)前縱梁中段加強板結構優(yōu)化增加零部件強度-前柱下改鏈固定板在機艙前圍增加“U”形加強板,從前圍板X(qián)前柱加強材料:B3401590DP板總成-前門(mén)限位器加強板向變形云圖(圖10)可看出，優(yōu)化前前圍板最大變-前柱下部加強板形量為175mm,優(yōu)化后最大變形量為139mm,優(yōu)化. 前柱下加強板增加兒字形加強板材厚:20 mm效果較明顯。前地板增加前地板前縱梁,其前、后端分別與前圍下骨架及地板上縱梁焊接，并優(yōu)化發(fā)動(dòng)圖13優(yōu)化后 前柱加強板結構機艙縱梁結構，前圍板及前圍下骨架變形改善效果對優(yōu)化后車(chē)身結構進(jìn)行了CAE模擬分析,結果良好,如圖11所示。如表2所列。由表2可知，優(yōu)化后前柱上邊梁后移量、前柱后移量、前柱與B柱相對位移量及擱腳板x=175.6的變形量(X向)比優(yōu)化前小。優(yōu)化前、后前柱碰撞結果對比如圖14所示，由圖14可看出優(yōu)化后前柱結變形最/mm構變形較小,乘員艙空間較完整。表2優(yōu)化前、 后前柱測量值對比測量位置T優(yōu)化前優(yōu)化后目標值1525388前柱上邊梁后移量/mm22.49.8三139.5擱腳板變形量/mm43.831.8 50前柱后移量/mm上部測點(diǎn)23.8下部測點(diǎn)13.411.6 30前柱與B柱上部測點(diǎn)12.7圖10前圍板CAE模擬對比云圖相對位移/mm下部測點(diǎn) 9.96.530變形量/mn1010一1.067x10中國煤化工FHCNMH G圖11前圍骨架 CAE模擬對比云圖(a)優(yōu)化前2014年第10期-53一●汽車(chē)安全5.2 整車(chē)變形情況分析與優(yōu)化前模型相比，由于各優(yōu)化方案中對發(fā)動(dòng)機艙結構進(jìn)行了加強，所以導致整車(chē)加速度峰值增加,如圖16和表5所示。整車(chē)速度曲線(xiàn)和整車(chē)位移曲線(xiàn)分別如圖17 和圖18所示，速度為零的時(shí)刻可11111代表整車(chē)吸能時(shí)間長(cháng)短。車(chē)身優(yōu)化前、后車(chē)輛最大(b)優(yōu)化后變形量和整車(chē)速度為零時(shí)刻對比如表6所列。圖14優(yōu)化前 、后前柱碰撞結果對比5[一優(yōu)化前5優(yōu)化后正面40%重疊可變形壁障碰撞試驗結果分析5.1局部變形情況分析表3為優(yōu)化前、后轉向管柱及3個(gè)踏板變形量-3對比,由表3可知,車(chē)身結構優(yōu)化后3個(gè)踏板的變形0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 .量都有所下降，轉向管柱變形量增加的原因是試驗時(shí)間/s車(chē)的管柱與IP橫梁存在裝配偏差。圖16 整車(chē)加速度波形表3優(yōu)化前、后轉向管柱及3個(gè)踏板變形量對比表5優(yōu)化前、后加速度峰值及 其對應時(shí)刻變形量/mm加速度優(yōu)化前優(yōu)化后測量位置峰值/g42.2上移29.6-19.7對應時(shí)刻/ms99.2轉向管柱側移56.482.12092.598.6--優(yōu)化后離合踏板53.446.4后移113.099.186.829.3制動(dòng)踏板210.7128.5-10.819.40 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16油廣]踏板時(shí)間/s .70.595.1圖17整車(chē)速 度曲線(xiàn)注:負號代表方向,不影響試驗結果分析。1.4廠(chǎng)-優(yōu)化前車(chē)身結構優(yōu)化后再進(jìn)行正面40%重疊可變形1.2--- 優(yōu)化后壁障碰撞試驗,經(jīng)三坐標測量結果顯示,前柱整體后0.8移量及上移量均減小，測量位置見(jiàn)圖15,優(yōu)化前、后著(zhù)0.6測量結果對比見(jiàn)表4。0.4-圖18整車(chē)位移曲線(xiàn)( 含壁障變形)表6整車(chē)最大變形量和速度為零時(shí)刻對比圖15前柱測量位置變形情況表4前柱變形量對比mm速度為零時(shí)刻/ms113.5110.6優(yōu)化前優(yōu)化后 優(yōu)化前 優(yōu)化后后移量上移量整車(chē)最大變形量/mm1 3011 284RA111.77.17.25.3試驗結 果分析中國煤化工對A車(chē)型面40%重疊A柱RA212.65.810.0.9可變形壁障碰HCNM H G.前排得8.22RA314.96.98.46.2分，其中前排頭、頸得3.57分胸部得1.42分,膝蓋、大汽車(chē)技術(shù).新能源技術(shù).電動(dòng)汽車(chē)用鋰離子電池組溫度均勻性試驗研究*林春景許思傳常國峰 蔡飛龍(同濟大學(xué))[摘要]以電動(dòng)汽車(chē)用方形磷酸鐵鋰電池為研究對象,通過(guò)分析恒流放電過(guò)程中有/無(wú)高導熱石墨片的電池單體表面以及電池模塊不同位置間溫差的變化情況，研究了高導熱石墨片對提高鋰離子電池溫度均勻性的作用。試驗結果表明,高導熱石墨片作為強化傳熱措施,能夠有效提高電池單體表面以及電池模塊內部的熱均勻性進(jìn)而提高電動(dòng)汽車(chē)用動(dòng)力電池熱管理系統的性能。主題詞:鋰離子電池溫度均勻性強化傳熱高導熱石墨片中圖分類(lèi)號:U463.6文獻標識碼:A 文 章編號: 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行充放電,并伴隨大量熱量的產(chǎn)生,而動(dòng)力電池的溫1前言度對電化學(xué)反應速率、充電接受能力安全性、循環(huán)電動(dòng)汽車(chē)在行駛過(guò)程中，車(chē)載動(dòng)力電池不斷進(jìn)壽命、比功率和比能量等的影響較大-。同時(shí)由于*基金項目:國家“973”高科技資助項目(201 1CB711203)。上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì )資助( 1 1DZ2260400)。腿骨盆得2分，小腿腳及腳踝得1.23 分,得分率51%;重疊可變形壁障碰撞性能。后排2分為滿(mǎn)分。由車(chē)身結構優(yōu)化前、后試驗結果可知,參考文獻正面40%重疊可變形壁障碰撞分值由原來(lái)的4.60分提1王冬梅,李向榮,朱西產(chǎn),等.兩種典型正面碰撞試驗的研升到8.22分,由占總分值的29 %提升到占總分值51%。究.中國汽車(chē)工程學(xué)會(huì )2004汽車(chē)安全技術(shù)國際研討會(huì )論文集.北京:人民交通出版社2004.車(chē)身侵入量得到了改善，降低了車(chē)身項目罰分。2朱西產(chǎn)實(shí) 車(chē)碰撞試驗法規的現狀及發(fā)展趨勢分析.汽車(chē)6結束語(yǔ)技術(shù),2001(4):5~20.針對某A車(chē)型進(jìn)行了正面40%重疊可變形壁3朱西產(chǎn).汽車(chē)正面碰撞試驗法規及其發(fā)展趨勢分析.汽車(chē)工程,2002(1);:1~10.障碰撞試驗,對碰撞過(guò)程中影響C-NCAP分值的零4中國汽車(chē)技 術(shù)研究中心C-NCAP管理規則(2012 年版),部件結構進(jìn)行了優(yōu)化,結果表明,通過(guò)對機艙縱梁強2012.中國煤化工度前地板縱梁強度及側圍前柱強度的優(yōu)化,改善了HCNMHG文楫)車(chē)身關(guān)鍵件的變形量,進(jìn)而提高了車(chē)身的正面40%修改稿收到8期為2014年7月7日。-55-2014年第10期