整车碰撞仿真分析报告
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目录
1 概述 ...................................................................................................1 3 碰撞仿真模拟参数............................................................................2 3.1 整车与各总成模型.........................................................................2 3.2 整车有限元模型单元数量统计 .....................................................3 4 碰撞模拟总体结果............................................................................4 4.1 初始方案（未加车门） .................................................................4 4.2 优化方案（未加车门） .................................................................5 4.3 优化方案（加车门） .....................................................................5 5 碰撞模拟优化改进及局部结果 ........................................................8 5.1 结构耐撞性优化情况 .....................................................................8 5.2 门框变形情况.................................................................................9 5.3 方向盘运动情况........................................................................... 10 6 乘员系统模拟 ................................................................................. 11 7 结论 ................................................................................................. 12
分析所采用的软件、初始环境与参数设置、单元类型及参考标准见下 表：
模拟分析软件
PAM-CRASH 2002
碰撞形式
正面碰撞 (如下图所示)
碰撞初始速度
50km/h
Solid Uniform
结构
3积分点
单元 Shell BT壳单元结构
Bar 2节点杆单元
撞击接触方式
刚性墙
参考标准
CMVDR 294 GB 11557-1998
增加零件
由于布置的需要，纵梁结构前端出现打弯以 避开发动机。模拟中发现纵梁变形时在中部 出现弯折，为此在此处增加了加强板
副车架安装支架前端向前延伸
经过仿真模拟计算发现，以上结构的改进达到了预期的效果，详细 情况见 5.2 节。
-8-
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-4-
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4.2 优化方案（未加车门）
20 ms
40 ms
60 ms
80 ms
如图为优化改进方案整车主体碰撞变形示意图，其中，门框最大变形 量出现在前门上铰链附近，峰值为 58mm（具体的改进方案见 5.1）。
碰撞仿真时间
0.1Ｓ
障
பைடு நூலகம்
碍
壁
速度 V=50Km/h
-1-
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2 碰撞仿真模拟参数
整车碰撞仿真模拟，不但要模拟实车各总成之间的连接，还要细 化到各个关键的零部件；不但按照其实际材料特性，密度、质量、接 触、边界条件、初始条件和控制参数设置，还要真实的模拟实车碰撞 时的状态。 3.1 整车与各总成模型
- 11 -
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6 结论 本次碰撞模拟还处于模拟阶段，尚未进行实车试验，一些参数的
调整还需等第一轮实车试验完成后方可进行，故在此我们对模拟结果 进行初步评价。
碰撞模拟的结果大致如下： 1. 由刚墙反力曲线可以看出，吸能梁起到了吸收大量碰撞能量
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1 概述
碰撞仿真模拟，主要是针对碰撞法规 CMVDR 294 进行的仿真模拟。 通过对模拟结果进行分析，找出整车结构中存在的问题，为基于改善 整车碰撞特性的结构优化提供依据。同时，通过比较优化方案与初始 方案的碰撞仿真结果，说明优化方案在整车碰撞特性上的改善效果。
-3-
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3 碰撞模拟总体结果 20ms，40ms，60ms，80ms 整车碰撞变形及数据结果如下表所示
4.1 初始方案（未加车门）
20 ms
40 ms
60 ms
80 ms
上图为初始设计方案整车（未加车门）碰撞变形示意图，其中门 框最大变形量出现在前门上铰链附近，峰值为 72mm。
5.3 方向盘运动情况
以下为方向盘在碰撞的各个时间段的位置变化情况，箭头所指代 表方向盘的移动方向。同时，我们给出方向盘中心相对位移曲线图。
20~40ms
40~60ms
60~80ms
80~100ms
方向盘各时间段位置变化情况
Z
X Y
方向盘中心相对位移量
方向盘中心相对位移在三个方向的峰值：Ｘ向为 26.2mm（未超 过 GB 11557-1998 法规规定的范围），Ｙ向为 17.5mm，Ｚ向为 42.3mm。
5.2 门框变形情况
门框模型
测点布置图
通过测量发现，门框的最大变形位置在 BE 之间，我们将初始方案和 优化方案的门框变形进行了对比。以下为两种方案门框变形最大时的对 比图及量化后门框变形-时间历程对比图：
72 mm
58mm
初始方案（Origin Design）
14mm
优化方案（Optimized Design）
-7-
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4 碰撞模拟优化改进及局部结果 5.1 结构耐撞性优化情况
本项目考虑到成本问题，许多结构件需沿用，因此，我们在优化 时，尽量在纵梁上做文章。
去掉纵梁前端的方孔
原结构
优化结构
优化纵梁前端压溃筋的布置：将第一条筋的 位置前移，达到均布效果，这样压溃变形效 果更好，增加了纵梁前端的吸能量
4.3 优化方案（加车门）
20 ms
40 ms
60 ms
80 ms
-5-
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上图为优化方案加车门后的整车碰撞变形示意图，门框的变形量 减小，峰值为 13.6mm（见下图）。
前门框变形-时间历程曲线
以下为整车碰撞过程中相关的历程数据曲线图，说明如下： 能量曲线表征碰撞过程中动能向内能转化的过程，其总能量保持 不变； 速度曲线表示整车碰撞过程中平均速度的变化情况。 刚墙反力曲线反映碰撞过程中刚墙受冲击力的大小，同时也可以 看出整车加速度的变化情况；
初始状态
终了状态
上图为碰撞开始和终了状态时的假人状态。在现有条件和现有参 数情况下，根据人体损伤指标的计算公式可以得出：假人的头部伤害 值（有气囊）为 783.5（法规规定的安全范围在 1000 以内），胸部变 形值为 43.9mm（法规规定的安全范围在 75mm 之内），腿部受力为 7.68KN（法规规定的安全范围在 10KN 之内），均处于 CMVDR 294 法规规定的安全界限内。
3.2 整车有限元模型单元数量统计
LF7160轿车有限元模型单元数量统计见下表：
部件名称
车头 侧围 地板 顶棚 底盘 车门 其他 总计
单元数量 （个） 92308 48482 44776 9012 62357 49722 16898 342016
三角形单 四边形单 三角形单
元数量 元数量 元比率
6931
85377
7.5%
3612
44870
7.4%
3379
41397
7.5%
162
8850
1.8%
7553
54804
12.1%
3646
46076
7.3%
422
16476
2.5%
26720 315296
7.8%
一般来说三角形单元数量超过10%会影响分析的精度，从上表可 以看出，有限元模型中三角形单元的数量占壳单元总数的7.8%，未超 过10%的限值。
- 10 -
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5 乘员系统模拟 乘员系统的模拟基于台车试验的思想，我们采用简化模型对假人
的伤害值进行了仿真计算： l 简化模型中车身、座椅以及仪表板的几何特性是车身三维数模 中获得的，安全带固定点位置由总布置提供。 l 根据正面碰撞乘员保护的设计准则 CMVDR294，驾驶员和乘 客均采用 50 分位的混合 III 型（Hybrid III 50%）假人模型，并 根据法规要求放置有限元假人模型。 l 台车初始速度为 50km/h，碰撞减速度曲线来源于整车碰撞仿 真结果，这次分析选择了车身 B 柱处的减速度曲线。
整车有限元模型
车头有限元模型
侧围有限元模型
后围有限元模型
顶盖有限元模型
地板有限元模型
-2-
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底盘有限元模型
车门有限元模型
注：A柱以前为吸能区，网格大小控制在10mm左右；中部网格大小为
15mm，C柱以后网格大小为20mm。
从上图可以看出，初始方案的门框变形在 65ms 时达到峰值，门框变 形量为 72mm，优化方案的门框变形在 60ms 时达到峰值，门框变形量为 58mm，比初始方案下降了 14mm，这说明优化方案对缩小碰撞时的门框 变形量是有效的。
-9-
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能量-时间历程曲线
-6-
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整车速度-时间历程曲线
刚墙反力-时间历程曲线
由刚墙反力曲线可以看出，在 0.022S 时出现一凸峰，其值约为 475000N（由此计算出整车减速度峰值约为 44g），在 0.044S 时出现 另一凸峰，其值约为 400000N（由此计算出整车减速度峰值约为 37g）， 这说明吸能梁起到了吸收大量碰撞能量的作用，初步达到了减轻乘员 伤害的目的。从图中还可以看出，刚墙反力的变化趋势与理想的碰撞 特性相比尚有差别，说明该车的结构耐撞性还未达到最佳，但由于车 身结构和发动机布置的限制，已很难进一步改善。从目前情况看，该 车的碰撞特性基本上可达到要求。
的作用，初步达到了减轻乘员伤害的目的。同时，由于车身 结构和发动机布置的限制，该车的结构耐撞性尚未达到最 佳，但从目前情况看，该车的碰撞特性基本上可达到要求。 2. 门框变形量不大，优化结构以后，最大变形量为 13.6ｍｍ（加 车门），预计碰撞后不使用工具仅依靠人力就可打开车门 。 3. 方向盘向后窜动量即Ｘ向位移量约为 26.2mm，在法规规定 的 127mm 范围内。 4. 在现有条件和现有参数情况下，通过人体损伤指标的计算可 以得到如下结论：加安全气囊情况下，头部伤害值为 783.5 （法规规定的 安全范围 在 1000 以内 ），胸部变形 值 为 43.9mm（法规规定的安全范围在 75mm 之内），腿部受力 为 7.68KN（法规规定的安全范围在 10KN 之内），均处于 CMVDR 294 法规规定的安全界限内。
1 概述 ...................................................................................................1 3 碰撞仿真模拟参数............................................................................2 3.1 整车与各总成模型.........................................................................2 3.2 整车有限元模型单元数量统计 .....................................................3 4 碰撞模拟总体结果............................................................................4 4.1 初始方案（未加车门） .................................................................4 4.2 优化方案（未加车门） .................................................................5 4.3 优化方案（加车门） .....................................................................5 5 碰撞模拟优化改进及局部结果 ........................................................8 5.1 结构耐撞性优化情况 .....................................................................8 5.2 门框变形情况.................................................................................9 5.3 方向盘运动情况........................................................................... 10 6 乘员系统模拟 ................................................................................. 11 7 结论 ................................................................................................. 12
分析所采用的软件、初始环境与参数设置、单元类型及参考标准见下 表：
模拟分析软件
PAM-CRASH 2002
碰撞形式
正面碰撞 (如下图所示)
碰撞初始速度
50km/h
Solid Uniform
结构
3积分点
单元 Shell BT壳单元结构
Bar 2节点杆单元
撞击接触方式
刚性墙
参考标准
CMVDR 294 GB 11557-1998
增加零件
由于布置的需要，纵梁结构前端出现打弯以 避开发动机。模拟中发现纵梁变形时在中部 出现弯折，为此在此处增加了加强板
副车架安装支架前端向前延伸
经过仿真模拟计算发现，以上结构的改进达到了预期的效果，详细 情况见 5.2 节。
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4.2 优化方案（未加车门）
20 ms
40 ms
60 ms
80 ms
如图为优化改进方案整车主体碰撞变形示意图，其中，门框最大变形 量出现在前门上铰链附近，峰值为 58mm（具体的改进方案见 5.1）。
碰撞仿真时间
0.1Ｓ
障
பைடு நூலகம்
碍
壁
速度 V=50Km/h
-1-
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2 碰撞仿真模拟参数
整车碰撞仿真模拟，不但要模拟实车各总成之间的连接，还要细 化到各个关键的零部件；不但按照其实际材料特性，密度、质量、接 触、边界条件、初始条件和控制参数设置，还要真实的模拟实车碰撞 时的状态。 3.1 整车与各总成模型
- 11 -
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6 结论 本次碰撞模拟还处于模拟阶段，尚未进行实车试验，一些参数的
调整还需等第一轮实车试验完成后方可进行，故在此我们对模拟结果 进行初步评价。
碰撞模拟的结果大致如下： 1. 由刚墙反力曲线可以看出，吸能梁起到了吸收大量碰撞能量
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1 概述
碰撞仿真模拟，主要是针对碰撞法规 CMVDR 294 进行的仿真模拟。 通过对模拟结果进行分析，找出整车结构中存在的问题，为基于改善 整车碰撞特性的结构优化提供依据。同时，通过比较优化方案与初始 方案的碰撞仿真结果，说明优化方案在整车碰撞特性上的改善效果。
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3 碰撞模拟总体结果 20ms，40ms，60ms，80ms 整车碰撞变形及数据结果如下表所示
4.1 初始方案（未加车门）
20 ms
40 ms
60 ms
80 ms
上图为初始设计方案整车（未加车门）碰撞变形示意图，其中门 框最大变形量出现在前门上铰链附近，峰值为 72mm。
5.3 方向盘运动情况
以下为方向盘在碰撞的各个时间段的位置变化情况，箭头所指代 表方向盘的移动方向。同时，我们给出方向盘中心相对位移曲线图。
20~40ms
40~60ms
60~80ms
80~100ms
方向盘各时间段位置变化情况
Z
X Y
方向盘中心相对位移量
方向盘中心相对位移在三个方向的峰值：Ｘ向为 26.2mm（未超 过 GB 11557-1998 法规规定的范围），Ｙ向为 17.5mm，Ｚ向为 42.3mm。
5.2 门框变形情况
门框模型
测点布置图
通过测量发现，门框的最大变形位置在 BE 之间，我们将初始方案和 优化方案的门框变形进行了对比。以下为两种方案门框变形最大时的对 比图及量化后门框变形-时间历程对比图：
72 mm
58mm
初始方案（Origin Design）
14mm
优化方案（Optimized Design）
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PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn
4 碰撞模拟优化改进及局部结果 5.1 结构耐撞性优化情况
本项目考虑到成本问题，许多结构件需沿用，因此，我们在优化 时，尽量在纵梁上做文章。
去掉纵梁前端的方孔
原结构
优化结构
优化纵梁前端压溃筋的布置：将第一条筋的 位置前移，达到均布效果，这样压溃变形效 果更好，增加了纵梁前端的吸能量
4.3 优化方案（加车门）
20 ms
40 ms
60 ms
80 ms
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上图为优化方案加车门后的整车碰撞变形示意图，门框的变形量 减小，峰值为 13.6mm（见下图）。
前门框变形-时间历程曲线
以下为整车碰撞过程中相关的历程数据曲线图，说明如下： 能量曲线表征碰撞过程中动能向内能转化的过程，其总能量保持 不变； 速度曲线表示整车碰撞过程中平均速度的变化情况。 刚墙反力曲线反映碰撞过程中刚墙受冲击力的大小，同时也可以 看出整车加速度的变化情况；
初始状态
终了状态
上图为碰撞开始和终了状态时的假人状态。在现有条件和现有参 数情况下，根据人体损伤指标的计算公式可以得出：假人的头部伤害 值（有气囊）为 783.5（法规规定的安全范围在 1000 以内），胸部变 形值为 43.9mm（法规规定的安全范围在 75mm 之内），腿部受力为 7.68KN（法规规定的安全范围在 10KN 之内），均处于 CMVDR 294 法规规定的安全界限内。
3.2 整车有限元模型单元数量统计
LF7160轿车有限元模型单元数量统计见下表：
部件名称
车头 侧围 地板 顶棚 底盘 车门 其他 总计
单元数量 （个） 92308 48482 44776 9012 62357 49722 16898 342016
三角形单 四边形单 三角形单
元数量 元数量 元比率
6931
85377
7.5%
3612
44870
7.4%
3379
41397
7.5%
162
8850
1.8%
7553
54804
12.1%
3646
46076
7.3%
422
16476
2.5%
26720 315296
7.8%
一般来说三角形单元数量超过10%会影响分析的精度，从上表可 以看出，有限元模型中三角形单元的数量占壳单元总数的7.8%，未超 过10%的限值。
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5 乘员系统模拟 乘员系统的模拟基于台车试验的思想，我们采用简化模型对假人
的伤害值进行了仿真计算： l 简化模型中车身、座椅以及仪表板的几何特性是车身三维数模 中获得的，安全带固定点位置由总布置提供。 l 根据正面碰撞乘员保护的设计准则 CMVDR294，驾驶员和乘 客均采用 50 分位的混合 III 型（Hybrid III 50%）假人模型，并 根据法规要求放置有限元假人模型。 l 台车初始速度为 50km/h，碰撞减速度曲线来源于整车碰撞仿 真结果，这次分析选择了车身 B 柱处的减速度曲线。
整车有限元模型
车头有限元模型
侧围有限元模型
后围有限元模型
顶盖有限元模型
地板有限元模型
-2-
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn
底盘有限元模型
车门有限元模型
注：A柱以前为吸能区，网格大小控制在10mm左右；中部网格大小为
15mm，C柱以后网格大小为20mm。
从上图可以看出，初始方案的门框变形在 65ms 时达到峰值，门框变 形量为 72mm，优化方案的门框变形在 60ms 时达到峰值，门框变形量为 58mm，比初始方案下降了 14mm，这说明优化方案对缩小碰撞时的门框 变形量是有效的。
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能量-时间历程曲线
-6-
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整车速度-时间历程曲线
刚墙反力-时间历程曲线
由刚墙反力曲线可以看出，在 0.022S 时出现一凸峰，其值约为 475000N（由此计算出整车减速度峰值约为 44g），在 0.044S 时出现 另一凸峰，其值约为 400000N（由此计算出整车减速度峰值约为 37g）， 这说明吸能梁起到了吸收大量碰撞能量的作用，初步达到了减轻乘员 伤害的目的。从图中还可以看出，刚墙反力的变化趋势与理想的碰撞 特性相比尚有差别，说明该车的结构耐撞性还未达到最佳，但由于车 身结构和发动机布置的限制，已很难进一步改善。从目前情况看，该 车的碰撞特性基本上可达到要求。
的作用，初步达到了减轻乘员伤害的目的。同时，由于车身 结构和发动机布置的限制，该车的结构耐撞性尚未达到最 佳，但从目前情况看，该车的碰撞特性基本上可达到要求。 2. 门框变形量不大，优化结构以后，最大变形量为 13.6ｍｍ（加 车门），预计碰撞后不使用工具仅依靠人力就可打开车门 。 3. 方向盘向后窜动量即Ｘ向位移量约为 26.2mm，在法规规定 的 127mm 范围内。 4. 在现有条件和现有参数情况下，通过人体损伤指标的计算可 以得到如下结论：加安全气囊情况下，头部伤害值为 783.5 （法规规定的 安全范围 在 1000 以内 ），胸部变形 值 为 43.9mm（法规规定的安全范围在 75mm 之内），腿部受力 为 7.68KN（法规规定的安全范围在 10KN 之内），均处于 CMVDR 294 法规规定的安全界限内。