Hyperworks在电动汽车正碰仿真分析中的应用

摘要：本文以某款乘用电动车为研究对象，通过应用Hyperworks强大的前后处理器，对该电动车进行了正面碰撞仿真分析。分析结果表明，该电动汽车正面碰撞性能满足国标要求，其耐碰撞性能与传统燃油车基本接近。
关键词：Hyperworks 电动汽车 正面碰撞 仿真分析

0 引言

目前，随着石油资源的日益紧张以及世界各国对环保的呼声的高涨，节能环保汽车正在全球范围内掀起一场汽车技术革命，我国也对电动车的发展给予了很高的期望和政策支持。汽车的被动安全性为汽车产品竞争力的重要标志，汽车的安全性能是各企业越来越关注的问题。电动汽车相比传统燃油车来说，发展历程比较短，还算是新新事物，电动汽车的安全问题一直是人们关注的焦点之一。目前国内电动汽车的碰撞试验国家标准尚未出台，还是依照传统车的试验标准去执行。而现阶段国内的电动汽车基本都是在传统车型上改制而成，因此此类电动汽车必须能够具有同样甚至更优于原型车的安全性能。为了节约成本减少试验次数，需要对电动汽车与原型车进行碰撞仿真对比分析。在此情况下，Altair的有限元技术获得了非常成功的应用，特别是对于一些结构复杂的整车模型，Hyperworks在建模、后处理方面的优势得到了充分的发挥。

本文以某款传统燃油车身改制而成的电动汽车为研究对象，首先利用Hyperworks的前处理模块Hypermesh的拓扑优化和形状优化技术对电动汽车及原型车整车有限元模型进行建立并分析其模型差异，在模拟整车碰撞边界条件后通过Hyperworks与第三方求解器的强大接口导出进行计算，最后通过后处理模块Hyperview对电动车和原型车的计算结果进行分析和比较，从而为电动车的耐碰撞性能提供参考。

1 整车有限元模型的建立

整车碰撞仿真模拟，必须尽可能真实地模拟实车碰撞状态，要模拟整车各总成之间的连接，按照其实际材料特性、密度、质量等参数进行设置。在本次模拟中，通过Hypermesh，点焊采用spotsweld，缝焊、CO2保护焊、铆接、螺栓连接以及铰接采用刚性连接，不考虑这些连接的失效问题。

2 载荷施加定义

按照GB11551-2003《乘用车正面碰撞的乘员保护》规定，被试验车辆以48～50km/h的速度与固定障碍壁表面垂直相撞。在本次分析中，碰撞时速度为50km/h（沿x轴负向），碰撞角即垂直于壁障前表面的直线与车辆纵向行进方向线之间的夹角为0，同时对整车模型施加向下的重力加速度g。

3 碰撞模拟结果

当车辆发生正面碰撞时，为保护车内乘员的安全，根据汽车碰撞损伤机理可知碰撞车辆需要具备的基本特性是：

1）要保证乘员足够的生存空间，即乘坐室不应发生过大的碰撞变形（包括电机、变速器等刚性部件不得侵入驾驶室）。

2）除乘坐室以外的车体结构部分（前碰撞时为前部结构）应尽可能多的变形，以合理的吸收撞击能量，使得作用于乘员身体上的力和加速度值不超过人体的耐受极限等。

4 车辆整体变形情况

电动车前半部分的整体变形情况如图1所示。由图1可以看出，电动车正面碰撞后乘员舱保持完整，保证了乘员足够的生存空间。地板也未发生明显折弯，对动力电池没有破坏。

5 纵梁碰撞变形情况

作为最主要的承载和吸量部件，纵梁的变形情况对整个碰撞起着至关重要的作用，纵梁的变形情况是评价整车耐撞性能的重要参考依据。电动车和原型车的纵梁变形情况如图2和图3所示，可以看出，电动车的纵梁前段的变形比原型车大，吸收的碰撞能量更多。

5 纵梁碰撞变形情况

作为最主要的承载和吸量部件，纵梁的变形情况对整个碰撞起着至关重要的作用，纵梁的变形情况是评价整车耐撞性能的重要参考依据。电动车和原型车的纵梁变形情况如图2和图3所示，可以看出，电动车的纵梁前段的变形比原型车大，吸收的碰撞能量更多。

7 前围板侵入量情况

在正面碰撞过程中前围板的侵入量会影响方向盘、仪表板和油门踏板的后移，从而对假人的伤害值（如胸部，大腿，小腿等）产生影响，所以前围板的侵入量是评价车辆碰撞性能的一个重要指标。为得到前围板向后侵入量的大小，取出整个前围板相对于后保险杠X方向的相对位移云图，电动车的相对位移云图如图5所示。电动车的最大侵入量为236.1mm，而原型车的最大侵入量241.4mm。电动车的侵入量稍微小于原型车。

8 结论

通过电动车与原型车的正面碰撞仿真对比分析，可以看出电动车整体变形正常合理，乘员舱保持较完整，保证了乘员足够的生存空间；地板也未发生明显的折弯，对动力电池没有破坏；纵梁前段溃缩较大，有效地吸收了碰撞能量；B柱加速度的时间历程图比较合理，峰值水平和原型车相当；前围板的侵入量相比原型车还有所下降，因此，此款电动车安全性能满足正碰法规要求，能够通过正碰法规。在整个模拟仿真过程中，也充分体现了Hyperworks 软件在汽车碰撞仿真分析中的方便、快捷和高效。