RADIOSS在某轿车侧面碰撞对标分析中的应用

概述

整车安全性能是反映汽车设计水平的重要性能指标之一，也是影响消费心理的关键因素。随着CAE软件及高性能并行计算硬件资源的不断提升，碰撞安全CAE仿真分析贯穿于概念设计阶段、工程详细设计阶段，及开发性试验问题解决阶段等整车开发流程，发挥着越来越重要的作用。在概念设计阶段，针对标杆车的对标分析（Benchmarking）不但是设定整车安全性开发目标、确定VTS、SSTS指标、完成结构耐撞性指标分解的关键环节，而且可以通过标杆车试验与仿真分析结果的相关性研究，验证整车碰撞分析有限元模型的精度及建模方法。北京汽车研究总院建立了概念分析阶段的CAE流程，并以侧面碰撞分析有限元模型对标分析为例，得出较为详细的对标过程，验证模型的有效性，为后续工程详细设计阶段的侧面碰撞性能开发提供高精度的仿真分析模型。

挑战

概念设计阶段的CAE工作流程主要包括对标和定标两个关键环节。

美国公路安全保险协会(IIHS)是美国的两大NCAP机构之一，以优秀（Good）、良好(Acceptable)、及格(Marginal)和差(Poor)四个级别分级评定，为消费者提供权威的汽车安全信息，其测试结果直接与车辆保险费率挂钩，堪称是世界上最权威、标准最严格的第三方安全测试机构。如何满足安全设计性能是汽车设计师面临的挑战。

解决方案

首先利用HyperMesh前处理平台，对白车身、四门两盖、前/后副车架、动力总成、悬架及轮胎系统、IP横梁及仪表板、前/后排座椅骨架、左侧车门附件及门内饰等系统及零部件进行了网格划分，并按照BOM设定料厚及材料属性。然后在HyperCrash中读入连接信息，搭建整车碰撞模型。同时利用HyperCrash，按照IIHS侧面碰撞工况要求，对整车碰撞模型进行信息确认，完成相关设定，完成整车侧碰分析CAE模型。
最后采用RADIOSS求解器进行仿真计算，从车身整体变形模式、壁障变形模式、车门防撞梁变形模式、B柱变形模式及关键位置变形量、车身侧面外板Y向变形轮廓曲线等方面进行仿真分析与IIHS试验结果的相关性研究。

图2 侧面整体变形模式对比

图3 壁障变形模式对比

图4 侧面结构件变形轮廓对比

图5 B柱整体变形模式对比

a) 试验结果 b) 仿真结果
图6 B柱变形轮廓剖视图

从图6可以清晰的看出，B柱变形剖视图轮廓的试验和仿真结果吻合度很高。按照IIHS测试报告给出的B柱内板中部测点位置（B柱内板测点3和测点4，见图7a），在仿真模型相同位置（B柱内板测点3和测点4，见图7b）提取出了Y向动态侵入量进行对比分析。测点3的实测静态Y向侵入量和仿真动态Y向侵入量分别为 368mm和398mm，测点4的实测静态Y向侵入量和仿真动态Y向侵入量分别为384mm和441mm，测点3和测点4仿真结果的动态侵入量与样车实测点的静态侵入量比值（动静比）分别为1.08和1.15，对于IIHS侧面碰撞工况，动静比范围一般为1.05～1.2，因此可以认为，该项分析结果与试验结果吻合程度较高，进一步验证了有限元模型的精度。

图7 B柱关键位置Y向变形量对比

结论

建立了包括对标和定标两个关键环节的整车碰撞安全概念分析阶段的CAE流程，以侧面碰撞有限元模型对标分析为例，给出了模型对标步骤，并基于IIHS试验数据，从车身整体变形模式、壁障变形模式、车门防撞梁变形模式、B柱变形模式及关键位置变形量、车身侧面外板Y向变形轮廓曲线等诸多方面，对侧面碰撞分析有限元模型进行了较为全面的校验，试验与仿真结果吻合度较高，为基于该轿车平台的新车型开发工作奠定了一定的基础。