1 引言

　　整車安全性能是反映汽車設計水平的重要性能指標之一，也是影響消費心理的關鍵因素。隨著CAE軟件及高性能并行計算硬件資源的不斷提升，碰撞安全CAE仿真分析貫穿于概念設計階段、工程詳細設計階段，及開發性試驗問題解決階段等整車開發流程，發揮著越來越重要的作用。其中，在概念設計階段，針對標桿車的對標分析(Benchmarking)不但是設定整車安全性開發目標、確定VTS、SSTS指標、完成結構耐撞性指標分解的關鍵環節，而且可以通過標桿車試驗與仿真分析結果的相關性研究，驗證整車碰撞分析有限元模型的精度及建模方法。本文擬建立概念分析階段的CAE流程，以側面碰撞分析有限元模型對標分析為例，給出較為詳細的對標過程，驗證模型的有效性，為后續工程詳細設計階段的側面碰撞性能開發提供對標過程，驗證模型的有效性，為后續工程詳細設計階段的側面碰撞性能開發提供高精度的仿真分析模型。

　　2 CAE對標流程

　　本文制定了概念設計階段的CAE工作流程，主要包括對標和定標兩個關鍵環節。建立初版整車碰撞模型后，選取對標分析工況，根據被選定對標工況的試驗結果，開展整車碰撞模型的相關性研究(FE Model correlation)，當滿足對標要求后，再實施新車型的定標流程，詳細過程如圖1所示。

　　圖1 概念分析階段CAE流程

　　美國公路安全保險協會(IIHS)是美國的兩大NCAP機構之一，以優秀(Good)、良好(Acceptable)、及格(Marginal)和差(Poor)四個級別分級評定，為消費者提供權威的汽車安全信息，其測試結果直接與車輛保險費率掛鉤，堪稱是世界上最權威、標準最嚴格的第三方安全測試機構。本文根據標桿車側碰試驗數據掌握情況，選取IIHS的側面碰撞工況開展標桿車側面碰撞CAE模型的對標工作。

　　3 整車建模及對標工況設定

　　3.1 整車模型搭建

　　基于HyperMesh前處理平臺，對白車身(BiW)、四門兩蓋、前/后副車架、動力總成、懸架及輪胎系統、IP橫梁及儀表板，前/后排座椅骨架，左側車門附件及門內飾等系統及零部件進行了網格劃分，并按照BOM設定料厚及材料屬性。

　　其中，對B柱，門檻梁，頂蓋橫梁及上邊梁，座椅橫梁，側門防撞杠等影響車體側面結構耐撞性的關鍵零部件使用了QEPH單元類型，厚度方向5個積分點。

　　在HyperCrash中讀入連接信息，搭建整車碰撞模型，單元總數為1,617,538，其中Spring單元6868，Beam單元712，Shell單元1,239,104(三角形單元比例為4.4%)，Solid單元370,854。

　　3.2 側面碰撞仿真分析工況設定

　　基于HyperCrash[2]，按照IIHS側面碰撞工況要求，對整車碰撞模型進行信息確認，完成相關設定(見表1)，整車側碰分析CAE模型如圖2所示。

　　表1 側面碰撞仿真分析工況設定步驟

　　圖2 整車側面碰撞CAE模型

　　4 CAE分析結果及試驗對比

　　采用RADIOSS顯式求解器進行仿真計算，從車身整體變形模式、壁障變形模式、車門防撞梁變形模式、B柱變形模式及關鍵位置變形量、車身側面外板Y向變形輪廓曲線等方面，進行仿真分析與IIHS試驗結果的相關性研究。

　　圖3給出了車身側面的整體變形模式。從圖3可以看出，在車身的風窗立柱中部，門檻梁中部，后側門中部及后上角等主要變形部位，試驗與仿真結果吻合較好。

　　圖3 側面整體變形模式對比

　　圖4給出了碰撞后IIHS試驗壁障與仿真壁障的變形結果，壁障上部的變形主要發生在右上角，上部其余位置沒有明顯變形，試驗與仿真吻合較好。

　　圖4 壁障變形模式對比

　　圖5給出了前、后側門防撞梁，前、后側門腰線加強板等側面結構的變形輪廓，試驗與仿真結果吻合較好。

　　圖5 側面結構件變形輪廓對比

　　B柱變形模式的對比結果如圖6所示，碰撞側的B柱整體變形模式與試驗吻合很好，上部與中部有兩個輕微的Buckling，B柱下部有較大程度彎折。從圖7可以清晰的看出，B柱侵入變形剖視圖輪廓的試驗和仿真結果吻合度很高。本文按照IIHS測試報告給出的B柱內板中部測點位置(見圖8a)，通過后處理平臺，在仿真模型相同位置(見圖8b)提取出了Y向動態侵入量，表2列出了上述兩個關鍵測點的侵入量對比情況(因有限元模型中未包括測點5所在零件，故此點未作比較)，仿真結果的動態侵入量與實測點的靜態侵入量比值(動靜比)分別為1.08和1.15，對于IIHS側面碰撞工況，動靜比范圍一般為1.05-1.2，因此本文認為該項分析結果與試驗結果吻合程度較高，進一步驗證了有限元模型的精度。

　　圖6 B柱整體變形模式對比

　　圖7 B柱變形輪廓剖視圖

　　圖8 B柱關鍵位置Y向變形量對比

　　表2 B柱關鍵測點Y向變形量

　　圖9給出了車身側面外板的侵入量輪廓曲線。測點位置如圖9a所示，門檻外側最下位置為Sill 0基線，沿Z向向上依次為Sill1~Sill6(沿X方向取19-23個測點)，最上端為Roof7(23個測點)。車身外側面板中部侵入輪廓(Sill 3，Sill4)仿真曲線與試驗吻合，下部(Sill1，Sill2)比試驗之稍大，上部(Sill5，Sill6)比試驗稍小，但輪廓曲線的趨勢一致。可通過在模型中引入側碰假人，添加中央通道上的副儀表板及其加強支架，來進一步提高模型精度。

　　5 結論

　　本文建立了包括對標和定標兩個關鍵環節的整車碰撞安全概念分析階段的CAE流程，以側面碰撞有限元模型對標分析為例，給出了模型對標步驟，并基于IIHS試驗數據，從車身整體變形模式、壁障變形模式、車門防撞梁變形模式、B柱變形模式及關鍵位置變形量、車身側面外板Y向變形輪廓曲線等諸多方面，對側面碰撞分析有限元模型進行了較為全面的校驗，試驗與仿真結果吻合度較高，為基于該轎車平臺的新車型開發工作奠定了一定的基礎。

　　需要指出的是，側面碰撞對標分析僅是校驗整車碰撞模型的部分工作，100%正面剛性墻及40%偏置碰撞模型的標定步驟及結構耐撞性參數將更為繁多，尤其是前副車架在碰撞過程中是否考慮設置失效，何時設置失效，均需要充足的對標實驗數據支持，本文限于篇幅并未提及。