车身结构优化

1 实车试验结果及分析

在某MPV车型的设计开发中,其中一种座椅配置要求为第二排三人座四六分形式,根据《汽车安全带安装固定点、ISOFIX固定点系统及上拉带固定点》(GB 14167-2013)的要求,该座椅上所有的安全带固定点均要求为三点式,同时,为了操作方便,除了靠近两边侧围的安全带固定点外,将其他所有的安全带固定点均布置在座椅上,其中中间位置的安全带上固定点布置在座椅的靠背上方,如图1所示。如此一来,中间位置的安全带固定点的拉力全部作用于座椅上,并通过座椅安装脚作用于车身地板上,所以该结构形式对于车身地板的强度要求很高,在结构设计过程中应重点考虑其影响。

在《汽车安全带安装固定点、ISOFIX固定点系统及上拉带固定点》(GB 14167-2013)中,对安全带固定点强度要求如下:沿水平斜向上10°±5°,每一个乘员座位的上人体模块和下人体模块均施加13500±200N的拉力,如有安全带固定点布置在座椅上,则需要在座椅上施加相当于座椅重力20倍的拉力;试验后,安全带安装点、座椅安装点不能失效,同时座椅靠背上的安全带固定点不能超过R点和C点所处的横向平面。

设计过程中,通过CAE仿真模拟分析,各个安全带固定点和座椅固定点均未失效,且座椅靠背上的安全带上固定点未超过R点和C点所处的横向平面(如图2所示),判断其结构强度满足法规要求。

设计完成后进行零件制造,并进行安全带强度试验。

试验结果表明,当各个人体模块的拉力施加至约12000N的时候,座椅安装点被拉脱,未能满足法规中要求的施加13500N并保持2秒不失效的要求,试验失败,如图3所示。

由实车的试验结果来看,失败的根本原因在于六分座椅右侧的翻转锁钩被拉断,从而将左侧的座椅安装锁杆拉脱,所以解决该问题的首要方法便是加强座椅上翻转锁钩的强度。

同时,对车身上的座椅安装点进行分析,发现座椅安装锁杆与地板上的焊接区域已经出现开裂(如图4所示),如果拉力继续增加,很可能将车身安装点直接拉脱,故此区域也需要进行加强。

2 结构优化及验证

2.1 结构优化一

通过对第一次试验结果的分析,进行结构的优化。

一是解决座椅放在锁钩被拉断的问题。加强座椅翻转锁钩的强度,使用抗拉强度更高的材料进行制造。

二是解决座椅安装锁杆焊接处开裂的问题。座椅安装锁杆与地板是通过二保焊进行连接的,在试验过程中,锁杆受到斜向上的拉力,使得此处二保焊处于撕裂的状态,而且并不是整体受力,而是只有前端受力。

为了改善座椅安装锁杆前端被撕裂的风险,在其中部增加一个U型的加强杆,加强杆的前端与地板使用二保焊进行焊接(如图5所示)。增加此加强杆后,座椅安装锁杆前端的受力由两点变为三点,且中间的点在受力时不是撕裂的状态,大大增加了该结构的可靠性。

三是试验结果与分析。进行以上两项更改后,重新制造样车并进行第二次安全带试验。

试验结果表明,各个座椅安装点均未失效,座椅安装锁杆也未发生开裂,但中间座位靠背的上固定点的位移超出了法规要求(如图6所示),试验仍然失败。

检查试验车发现,座椅后脚虽未发生开裂,但六分座椅右侧后脚处的地板变形严重(如图7所示),而由于该处下方为后地板横梁二的区域,故判断后地板横梁二的刚度不足。同时,六分座椅右侧前脚处下陷严重,该区域附近的焊点严重开裂(如图8所示),而由于该处下方为后地板横梁一的区域,故判断后地板横梁一的刚度

不足。

以上两根横梁的刚度不足,导致座椅后脚被拉起过高,而座椅后脚下沉过低,使得座椅旋转了一定的角度,最终导致座椅靠背上的安全带上固定点的位移过大,并超出法规区域。

2.2 结构优化二

通过对第二次试验结果的分析,再次进行结构的优化。

一是解决后地板横梁二刚度不足的问题。在后地板横梁二内部增加一个加强板,经CAE分析,增加该加强板后,六分座椅右侧后脚处的位移量有所降低。

二是解决后地板横梁一刚度不足的问题。在后地板横梁一内部增加一个加强板,经CAE分析,增加该加强板后,六分座椅右侧后脚处的位移量有所降低。同时,开裂焊点的应变由0.304降低至0.130,已低于0.20的开裂风险值如图10所示。

三是试验结果。进行以上两项更改后,再次制造样车,并进行第三次安全带试验。

试验结果表明,座椅安装点未发生失效,且中间座位靠背的上固定点的位移为超过R点所在的平面,满足法规要求,如图11所示。

3 结语

三点式安全带固定点的强度要求确实是对该种座椅形式的挑战。通过CAE分析以及实车试验,特别是对实车试验结果的详细分析,找出试验失败的原因,并制定解决方案,最终能够使该车型满足安全带法规要求,成功通过安全带强度公告强检试验。在后续的车型开发中,该结构方案能为车身地板的结构设计提供参考,同时该分析方法也能应用于其他领域的设计研究中。

(作者李直腾系上汽通用五菱汽车股份有限公司技术中心工程师,硕士)

浏览次数:  更新时间:2017-10-09 08:26:45
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