采用传统的有限元仿真方法评估被动安全性，需要以CAD模型为基础建立有限元网格进行仿真分析，实际上是对设计结果的一种虚拟验证，CAD与CAE数据之间的交换需要花费大量时间。使用参数化白车身模型可在设计早期对大量方案进行分析评估，为项目开发提供满足性能与成本平衡要求的车身结构方案。而参数化模型与试验的一致性，将直接影响方案评估的准确性以及优化方案的正确性。为此，本文结合东风某乘用车的开发，对使用参数化车身建立的碰撞模型进行对标分析，由于文章篇幅所限，仅对100%正面碰撞和40%正面偏置碰撞进行对标分析，其余侧面碰撞、后部碰撞、行人?；すた鼍哂邢嗨频木?。

 

众所周知，由于实际的试验与理想状态的仿真分析之间具有一定的差异，同时，参数化模型又进一步简化了模型，仿真与试验的结果不可能完全一致[1]，因此本文仅对关键变形模式和指标进行对标分析，在满足工程需要的条件下，验证仿真模型与试验的一致性。

 

1 参数化车身模型的建立

运用SFE-Concept软件建立参数化车身模型，设计人员可通过定义几何体之间的映射关系来实现模型的参数化装配，而不需要了解映射关系中具体关系表达式的含义。这样通过点的位置，线的曲率和截面形状三种参数就可以控制结构形状，以便快速建立具有拓扑关系的几何模型，再进一步自动生成需要的网格模型，用于碰撞模型搭建。

 

根据项目提供的内外CAS数据、总布置方案等输入，可直接建立参数化车身模型，其中造型数据是参数化建模必须满足的首要约束条件，具有最高优先级。所建立的白车身参数化模型如图1所示，可根据需要快速变更所有结构信息，输出搭建碰撞模型需要的网格和焊点。

 

 

图1 白车身参数化模型

 

由于参数化模型主要应用于项目前期，而详细设计阶段车身结构进行了大量局部修改，导致试验方案与初期使用的参数化模型差异较大。因此，对标前需根据白车身冻结方案进行模型修改，但并非所有的结构特征都要体现到参数化模型中，其中的取舍需要经过大量的尝试反复逐一验证。

 

2 碰撞建模及对标工况设定

参数化白车身模型使用QEPH单元类型，厚度方向选5个积分点，并与四门两盖、动力总成、底盘、座椅等系统模型装配成整车碰撞模型，完整的整车碰撞模型单元总数约为220万，模型重量设置为开发车的整备质量1300kg，不同工况再加上假人及测试设备的质量。

 

根据C-NCAP试验规程中100%正碰和40%偏置碰撞的要求，车辆分别以50km/h和64km/h的速度撞击刚性墙和可变形固定壁障，输出B柱下端加速度以及防火墙侵入量作为对标项。40%偏置碰撞模型如下图2所示。

 

 

图2 40%偏置碰撞模型

 

3 对标分析

3.1 变形模式对标

在正面碰撞中，整车变形主要集中在车辆前部，其中防撞梁、吸能盒、前纵梁作为主要的吸能部件变形较大，需要重点关注其变形模式，下面对关键部件的变形进行对比和分析。

 

图3、图4分别为100%正碰和40%偏置碰撞中防撞梁及吸能盒的变形对比。由图3可看出，100%正面碰撞中，仿真与试验的防撞梁及吸能盒变形模式基本一致，吸能盒已完全压溃，能够较好的吸收碰撞能量。由图4可知，40%偏置碰撞中，仿真与试验的防撞梁弯折部位基本一致，吸能盒变形略有不同，试验中吸能盒的压溃更充分，分析原因是由于参数化车身模型中缺少局部溃缩槽导致的。

 

 

图3 100%正碰防撞梁及吸能盒变形模式对比

 

 

图4 40%偏置碰撞防撞梁及吸能盒变形模式对比

 

图5、图6分别为100%正碰和40%偏置碰撞中前纵梁的变形对比。由图5、图6对比可知，仿真中前纵梁变形模式为双折弯，两种工况下均保持一致，而试验由于焊点失效的影响，变形模式略有不同。总体来说，仿真与试验变形模式、位置基本一致，变形程度略有不同。

 

 

图5 100%正碰前纵梁变形模式对比

 

 

图6 40%偏置碰撞前纵梁变形模式对比

 

除此之外，还可以进一步的对试验车辆进行拆解，观察对比上纵梁、前围、托架等部件或分总成的变形模式。在本车型碰撞拆解对比中，以上各部件变形模式仿真与试验具有较好的一致性，本文限于篇幅，不再赘述。

 

3.2 加速度对标

在碰撞试验中，通常会在车身上设置若干加速度传感器，用来监测车辆发生碰撞时的运动状态。本文取左B柱下侧加速度传感器测量点的数据进行对标，分析仿真与试验中车辆的运动状态是否具有较好的一致性。图7表示了加速度传感器的具体位置。

 

 

图7 加速度传感器位置

 

图8、图9分别为100%正碰和40%偏置碰撞中加速度、速度曲线的对比。

 

 

图8 100%正碰左侧B柱下加速度、速度曲线对比

 

 

图9 40%偏置碰撞左侧B柱下加速度、速度曲线对比

 

如上图8所示，100%正碰中仿真与试验的加速度曲线在趋势上能够较好的吻合，特别是20ms之前两曲线基本完全一致，之后存在局部差异。从速度曲线上看，两曲线前段基本重合，中间段曲线的斜率代表了加速度的平均值，由于反弹时刻的差异导致试验曲线斜率较大，即加速度平均值更大，分析原因这可能是由于焊点失效、悬置失效、参数化车身缺失局部特征等因素导致的。这些差异均处在合理的、可接受的范围内。因此，仿真与试验车辆的运动状态基本相同，对标模型与物理试验具有较好的一致性。

 

由图9可知，40%偏置碰撞仿真与试验的加速度、速度曲线与100%正碰工况分析思路、结论基本一致，两者吻合较好。

 

3.3 侵入量对标

正面碰撞工况中，车身前围的变形侵入情况对假人腿部伤害具有直接影响，因此对前围侵入量进行对比分析。通过三坐标测量仪测量试验前、后指定位置的坐标，就可以计算出碰撞试验中测量点的侵入量，再与仿真值进行对比，则可以分析前围的侵入量的一致性。图10为试验时侵入量测量点的位置图，均布在整个前围上。

 

图10前围侵入量测量点示意图

 

表1为前围侵入量数据对比。

表 1 前围侵入量数据对比

 

 

分析表1中的侵入量数据，可知如下几点结论：

除个别点外，仿真输出的侵入量值总体上大于试验的测量值，有利于通过仿真评估侵入量造成的假人伤害情况。前围上部（内饰安装点）、下部（踏板区）侵入量差异较小。前围中部侵入量特别是中通道以上部位的测量点差异相对较大。分析原因，这可能是由于前围钢板回弹程度不同、钣金局部翘曲及测量误差等因素导致的。但总体来说，各测量点的侵入量差异在可接受的误差范围内，仿真与试验两者一致性较好。

 

资料来源：达索官方