Internal Combustion Engine&Parts
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0引言
与传统汽油车相比，纯电动汽车总质量及前后轴荷分配、结构总布置及储能形式方面存在明显差异，碰撞安全性是纯电动汽车设计中关键点，也是整车性能的关键指标[1]。近年来，为与欧美技术先进汽车接轨和实现汽车电动化战略，国家车辆碰撞安全法规对碰撞性能要求不断提高，纯电动汽车在设计研发过程中汽车被动安全性能被重点关注。与实车碰撞试验相比，采用计算机仿真技术对整车的碰撞性能进行仿真分析，可在样车试制前完成设计优化，缩短项目开发周期和降低研发费用。
本文采用LS-DYNA和Hyper mesh软件对某纯电动汽车正面碰撞性能进行了仿真分析，从B柱峰值加速度、前门压缩量、方向盘X、Y、Z方向位移量、前围板侵入量和碰撞过程中乘员舱的完整性方面对正面碰撞性能进行评价，并对车辆进行优化分析，为纯电动汽车的车身设计提供一定的依据。
1材料与方法车展 美女
采用Hyper mesh软件对纯电动汽车整车的CATIA模型进行网格划分，整车模型单元数量为1146371个，节点数量为772460个，焊点连接部位采用Rigid单元模拟[2-3]，整车重量为1068kg，包含前排主、副驾座椅上各75kg假人。正面碰撞壁设置完全固定的刚性墙，碰撞速度为50km/h[4-5]。图1为整车正面碰撞模型，图2为碰撞能量变化
曲线。
图1正面碰撞
模型
图2能量变化曲线
车辆在正面碰撞过程中，乘客受到主要伤害为承受的碰撞力过大、乘客留下的生存空间过小、承受的加速度
①后处理器的阻尼很小，而且在做模态分析时，对模态频率和振型的贡献很小，所以通常将阻尼忽略，采取无阻尼假设。不过在计算频率响应函数时，需要考虑阻尼的影响。
②原则上，当外界激振频率与结构频率相差3Hz以上时，才可以达到较好的避频效果。本文后处理器一阶模态频率为31.4Hz，高于路面频率和点火频率，因此风险较低。
③后处理器的结构优化通常采用改进支架安装位置或者提高支架刚度的方式，增加壳体的厚度或更换材料这种方式较少采用。
参考文献:
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纯电动汽车正面碰撞性能仿真分析与优化
Optimization and Analysis the Frontal Collision Performance of Electric Vehicles
李孝平LI Xiao-ping
（众泰汽车工程研究院，杭州310038）
（Zhongtai Automobile Engineering Research Institute，Hangzhou310038，China）摘要：纯电动汽车因其结构特点，对其被动安全性要求较高。本文采用LS-DYNA和Hyper mesh软件对纯电动汽车进行正面碰撞性能仿真分析，分析了B柱峰值加速度、前门压缩量、方向盘X、Y、Z方向位移量、前围板侵入量和碰撞过程中乘员舱的完整性，并进行优化分析。分析结果表明：该纯电动汽车B柱左侧峰值加速度为37.9g，B柱右侧峰值加速度为35.4g，均小于设计要求值55g；左前门压缩量为50.9mm，右前门压缩量为49.12mm，均大于设计值30mm；方向盘X向侵入量为12.8mm，Y向侵入量为29.8mm，Z向侵入量为58.1mm，均小于设计值72mm；前围板侵入量为194.1mm，大于设计值120mm，乘员舱存在门槛钣金折弯现象，不符合设计要求。在座椅下方增加横梁进行优化，优化后前围板侵入量大于设计要求<120mm，其他评价值均符合设计要求，有效提升了正面碰撞的性能，为后续前围板结构、材料优化提供方向。
关键词：纯电动汽车；正面碰撞；仿真分析；前围板；乘员舱
过大等。因此，对纯电动汽车的正面碰撞性能评价主要通过B 柱峰值加速度、前门压缩量、方向盘X 、Y 、Z 方向位移量、前围板侵入量和碰撞过程中乘员舱的完整性方面来实现[6]。
2结果与分析
图3为整车左右B 柱加速度随碰撞时间变化曲线图。由图3可知，在100ms 的正面碰撞过程中，左侧B 柱加速度最大值37.9g 出现在43.5ms 附近，右侧B 柱加速度最大值35.4g 出现在30ms 附近，且左、右侧B 柱加速度随时间变化曲线趋势一致，在43.5ms 后，左右侧B 柱加速度均随碰撞时间增大而逐渐减小。另外，B 柱加速度设计值为55g ，该纯电动汽车的B 柱最大加速度符合设计要求，无碰撞风险。
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图3B 柱加速
度曲线
图4为车辆前门压缩量随碰撞时间变化曲线图。根据
图4可知，左、右前门压缩量随时间变化量接近，且在碰撞时间0到55ms 之间，左、右侧前门压缩量
随时间成近似线性增长。在碰撞时间处于55ms 至100ms 之间，左、右侧前门压缩量随时间变化很小，近似不变。当碰撞时间为60ms 时，左侧前门压缩量最大，且值为50.9mm 。当碰撞时间为63ms 时，右侧前门压缩量最大，且值为49.12mm 。根据设计要求值30mm ，前门压缩量不符合设计要求，存在正面碰撞风险，需要进行设计优化。
图4前门压缩量
曲线
图5为方向盘X 、Y 、Z 向侵入量随碰撞时间变化曲
线。整个碰撞时间内，X 向和Y 向侵入量变化很小，且均为负值，X 向侵入量最大值为12.8mm ，Y 向侵入量最大值为29.8mm 。碰撞时间为0至50ms 范围内，Z 向侵入量为负值，在碰撞时间为50ms 至88ms 范围内，Z 向侵入量与时间呈线性增长，并在88ms 时，侵入量最大值为58.1mm 。碰撞时间88ms 至100ms 范围内，Z 向侵入量逐渐减小。方向盘侵入量设计值小于120mm ，经过仿真分析，该纯电动汽
车方向盘侵入量均小于120mm ，符合设计要求，车身结构性能良好，无碰撞风险。图5方向盘侵入量
曲线
图6为前围板侵入量云图。前围板是正面碰撞过程中吸能的核心部件[7]，由图6可知，前围板侵入量最大值为194.7mm ，位置处于驾驶员前端。该纯电动汽车前围板侵入量大于设计值120mm 。另外，乘员舱完整性这块计算机仿真分析后出现门槛钣金折弯现象，威胁了驾驶员的生命安全，存在很大的碰撞风险。
图6前围板侵入量云
图
3优化分析
针对前门压缩量和前围板侵入量不符合设计要求问题，在座椅下方增加横梁进行优化设计，横梁钣金件形状和位置如图7所示。采用相同的边界条件进行整车正面碰撞性能仿真分析，以对比优化后的碰撞性能。
图7车身
结构优化示意图
图8为优化后B 柱加速度随碰撞时间变化曲线。与
原状态相比，优化方案左、右侧B 柱加速度波形变化及趋势一致，峰值发生增大，其中左侧B 柱加速度最大值为47.2g ，右侧B 柱加速度最大值为37.2g ，均处于设计臆55g 范围内，符合设计要求。
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图8B
柱加速度随碰撞时间变化曲线
图9为优化后前门压缩量随碰撞时间变化曲线。与原方案的前门压缩量变化曲线相比，变化趋势一致，但峰值明显减小，左前门压缩量由原方案的50.9mm 减小至24.6mm ，右前门压缩量由原方案的49.1mm 减小至23.3mm ，符合设计要求值<30mm 。
图9前门压缩量随碰撞时间变化曲线
图10为方向盘X 、Y 、Z 向侵入量随碰撞时间变化曲
线。与原方案对比，方向盘X 、Y 、Z 向变化趋势和峰值均具有较大差异，方向盘X 向峰值由12.8mm 增加至28.9mm ，
Y 向峰值由29.8mm 减小至16.2mm ，Z 向峰值由58.1mm 减小至26.2mm 。Z 向峰值减小了55%，正面碰撞过程中明显的减轻对驾驶员伤害。图11为优化后前围板侵入量云图。由图11可知，优
化后前围板侵入量为185mm ，与原方案相当，均大于设计值120mm ，仿真分析结果表明正面碰撞存在较大风险。这为前围板的结构和材料进一步优化设计提供方向。另外，
优化后乘员舱门槛钣金完好，无折弯现象。
通过表1可知，原方案和优化后方案各评价项仿真值进行详细对比后，可根据评价项结果优化效果，进一步明确优化方案的可行性，为进一步车身结构优化提供方向。
4结论
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本文对纯电动汽车的正面碰撞性能进行计算机仿真分析，并通过对比分析原方案和优化方案的各评价项目是否符合设计要求值，为结构进一步优化提供方向。
参考文献院
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庄铁道大学，2016.评价项设计值起亚智跑最低多少钱
原方案优化方案备注左侧B 柱加速度右侧B 柱加速度
左前门压缩量右前
门压缩量方向盘侵入量X 向方向盘侵入量Y 向方向盘侵入量Z 向前围板侵入量乘员舱完整性
<55g <55g <30mm <30mm <72mm <72mm <65mm <120mm
A 柱、门槛钣金不发生折弯
37.9g
35.4g 50.9mm 49.1mm 12.8mm 29.8mm 58.1mm 194.7mm 门槛钣金折弯
47.2g 37.2g 24.6mm 23.3mm 28.9mm 16.2mm 26.2mm 185mm 没有折弯
合格合格合格合格合格合格合格进一步优化
合格
表1正面碰撞各评价项仿真值
图10方向盘侵入量随碰撞时间变化曲线
图11前围板侵入量