基于2021版C-NCAP对MPDB工况的车身结构优化

为提高汽车碰撞安全性能,满足2021版C-NCAP的评价要求,首先,根据中国汽车技术研究中心2021版CNCAP管理规则,对新增的MPDB工况进行了解读。然后,基于某新开发SUV车型采用LS-DYNA软件进行了有限元仿真分析,发现车身加速度、加速度平台40g以上持续时间以及兼容性罚分未满足设计要求。随后,进一步对仿真结果的车身变形模式进行了分析,发现未满足设计要求的原因主要为纵梁异常折弯、前防撞梁刚度弱以及壁障与车身的有效接触面积不足。基于分析结果对车辆前端包括前防撞梁、吸能盒、前纵梁以及小腿防撞梁进行了结构优化,并将优化方法代入正面100%重叠刚性壁障碰撞工况进行校核。最后,从车身结构变形模式、车身加速度曲线、壁障兼容性罚分这3方面进行了仿真试验对标。结果表明:加速度峰值由45.9g降为41.7g,加速度平台40g以上持续时间由7.4 ms降为2.85 ms,兼容性罚分由3.9降为2.71,车身变形模式和壁障变形均匀性得到明显改善;综合评估该优化方案,车身结构耐撞性能满足2021版MPDB工况五星得分规划要求,优化方案对正面100%重叠刚性壁障碰撞工况影响很小且满足设计要求;仿真与试验结果的吻合度在84%以上,证明了仿真结果的准确性。在此研究的基础上基于MPDB工况的特点和要求提出了5项优化设计思路,为后续车型开发提供参考。

MPDB工况下碰撞兼容性的基本问题与车体设计原则

2021版中国新车评价规程(C-NCAP)首次引入了正面50%重叠可渐近变形移动壁障碰撞工况(MPDB)用于评价车辆的碰撞兼容性。为了提高试验车在MPDB工况中的碰撞兼容性表现,得到影响碰撞兼容性的关键车体结构和基本的结构设计原则,应用对碰理论分析MPDB工况的2个基本物理问题——壁障与车体的吸能关系和运动变形关系。基于吸能关系分配壁障和车体的吸能量给出车体的吸能设计空间。基于运动变形关系提出利用“蝶形图”改善碰撞兼容性的设计策略,并围绕控制两车的加速度和变形量给出结构改善建议。通过“蝶形图”还提出可以将MPDB工况和其他前碰工况统一起来的等效碰撞速度以评估碰撞严苛程度。针对壁障乘员载荷准则(OLC),分析车体质量、弹性回复、结构强度、吸能路径数量的影响。针对壁障变形标准差(SD)和击穿,将车体典型前部结构分成4个区域,给出每个区域中和区域间的关键结构因素。通过一个量产车的优化实例验证理论分析的有效性和兼容性设计策略的可行性。研究结果表明:壁障与车体前部结构的匹配设计是改善碰撞兼容性的关键,也是MPDB工况的基本设计原则。