面向C-IASI开发的汽车侧面碰撞优化设计

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2024年5月5日发(作者：)

10.16638/.1671-7988.2021.011.019

面向C-IASI开发的汽车侧面碰撞优化设计

杨浪，戴尹安，唐灿

（威马汽车科技集团有限公司，四川 成都 610106）

摘 要：C-IASI为中国保险汽车安全指数（China Insurance Automotive Safety Index）简称，在侧面碰撞中更重更高

的壁障车侧面撞击试验车辆以评价其车身结构变形和假人伤害保护。在Hypermesh中建立了某整车有限元仿真模

型，进行CAE仿真计算。并通过与实车侧面碰撞试验数据对比，验证了有限元模型的有效性。针对侧面结构变形

较严重部分进行了优化分析，优化后B柱侵入量降低，侧面碰撞安全性得到提高。

关键词：侧面碰撞；仿真；优化

中图分类号：U491.6；U467 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2021)11-58-03

Optimization Analysis of Side Crash Safety Based on IIHS

Yang Lang, Dai Yinan, Tang Can

( WM Motor Technology Co., Ltd., Sichuan Chengdu 610106 )

Abstract: C-IASI is China Insurance Automotive Safety Index. A more weight and higher barrier side impacts the test

vehicle and it assess body structure and dummy injury. A car’s side crash CAE mode is built with Hypermesh software and

the finite element calculation is made. The model is verified to be effective by compared the data of B-pillar deformation with

that of a test car. The optimization proposal of side crash is provided and some suggestions are given to improve the

performance of side crash. The simulation results show that the side crash performance of the car is enhanced significantly.

Keywords: Side crash; Simulation; Optimization

CLC NO.: U491.6; U467 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2021)11-58-03

撞仿真。通过与实车侧面碰撞试验数据对比验证了仿真模型

引言

侧面碰撞事故是汽车交通事故中较为常见的一种碰撞形

式。因车辆侧面结构吸能空间较小，在碰撞事故中易对车内

乘员产生较大的损伤

[1]

。侧面碰撞是发生频率高、致死率和

致伤率都较大的交通事故形式，事故统计数据表明世界上大

约30%严重交通事故都与侧面碰撞有关。随着美国IIHS及

国内C-IASI对大壁障侧面碰撞进行测试考核，侧面碰撞结构

要求更加严格

[2]

。本文建立了某车型的整车侧面碰撞仿真模

型，并按照2020版C-IASI规定的碰撞碰撞速度进行动态碰

作者简介：杨浪（1989-），男，硕士研究生，中级工程师，就职于

威马汽车科技集团有限公司，主要研究方向：汽车被动安全。

的有效性，并提出了提高该车侧面结构抗撞性的措施和结构

改进方案。

1 建立仿真模型

1.1 整车有限元模型建立

在Hypermesh中对该车型几何模型进行前处理，建立整

车有限元模型。该模型主要包含底盘装置和白车身装置。有

限元网格采用壳单元形式，部分为实体单元。部件与部件之

间为焊单元，部分螺栓连接处设置为刚性单元连接

[3]

。

1.2 移动壁障(MDB)有限元模型建立

移动壁障车有限元模型由车体和前部蜂窝材料的吸能块

组成。碰撞壁障为C-IASI侧面碰撞用移动壁障车有限模型。

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杨浪 等：面向C-IASI开发的汽车侧面碰撞优化设计

按照C-IASI规程中对侧面移动壁障刚度要求，对壁障有限元

模型进行了仿真计算，其结果表明与试验中的刚度曲线较一

致，满足有限元模型对标要求，可进行下一步计算。

侧面碰撞仿真模型节点和单元数如表1所示。

表1 有限元模型的单元及节点数

2 有限元模型的验证

该车型进行的C-IASI实车侧面碰撞中，整车试验质量是

1.631kg，试验速度为50.38km/h。为了对仿真模型数据和实

车试验数据进行对标分析，将假人和油液等质量附加在模型

白车身上，仿真模型总质量与实车质量一致，并调整重心位

置使仿真模型中前后轴重量配比及前后车姿高度均与试验保

持一致，仿真中移动壁障模型速度也是50.38km/h。

将仿真模型进行运算并输出仿真结果。在后处理软件中

将仿真数据与试验数据进行对比分析。仿真模型中的质量增

加为4.04%，沙漏能占比为0.53%，均控制在5%范围内。动

能转换为内能过程中，能量转换平滑，且总动能不变，表明

仿真运算结果正常。

表2 B柱测量点侵入量对比

图1 B柱测量点速度曲线对比

图2 整车变形对比

表2，图1分别为仿真模型中的B柱与实车试验中的B

柱在碰撞中的侵入量和速度对比，图2为整车侧面碰撞变形。

从数据对比图中，我们可以看到B柱、车门侵入速度曲线与

试验吻合，由此可以得到：（1）仿真结果在可接受误差范围

内；（2）计算结果与试验结果一致性较好；（3）模型可信，

可用于后续研发等相关工作。

3 结构优化分析

分析原车型实车侧面碰撞试验及仿真中的运动动画，发

现该车侧面结构在以下几方面变形较为严重：（1）门槛梁变

形过大；（2）B柱下端屈曲较为严重；（3）座椅安装后横

梁处折弯比较严重，如图3所示。

图3 座椅安装后横梁变形动画

由于上述三处变形较为严重，驾驶员腹部和骨盆伤害值

较为高。为提高整车侧面碰撞安全性，应对上述三处进行优

化。而与上述三处变形吸能都相关的是座椅安装后横梁，其

抗弯能力不足，使得车门侵入量过大，对整车侧面碰撞性能

有一定影响

[4]

。因此，在制定优化措施时，我们将重点放在

对前排座椅后安装横梁的变形上。因此，本文的优化方案是：

调整座椅安装后横梁型面结构，提高其抗弯强度。

在仿真模型中，对座椅安装后横梁型面结构进行调整，

如图4所示。

优化前

优化后

图4 座椅安装后横梁型面结构调整

对优化后的方案进行仿真计算，并与原模型进行对比分

析，如表3所示。

表3 优化前后B柱测量点侵入量对比

（下转第65页）

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朱治忠 等：汽车能源监控与防护的智能网络系统的设计与研究

地输出电压信号，控制单元（ECU）得到信号后分析计算控

制警报器报警，警示盗窃人员和提醒驾驶员及周边的人员。

同时控制单元（ECU）使隐藏的微型摄像头摄像记录失窃现

场的情况（包括盗窃人员的相貌特征、驾驶车辆的信息、盗

窃时间、盗窃手段等），便于驾驶员报警后，警察的侦查破

案工作，把盗窃人员抓捕归案，减少类似事件的发生。

（4）驾驶员关闭汽车点火开关下车休息的时候，假如燃

油和蓄电池同时被盗，该装置仍然启动报警器和隐藏的微型

摄像头共同工作。

参考文献

[1] 王庐山.基于单片机的智能汽车防盗系统设计[J].内燃机与配件,

2020(13):198-199.

[2] 柯磊,肖林,王婷,张蓉.基于模型车的远程监控系统[J].电子测试,

2019(Z1):31-33.

[3] 谢文秋.汽车防盗系统导致发动机不能启动故障诊断方法解析[J].

机电信息,2018(03):121-122.

[4] 陈安柱,徐大春,许志鹏.基于无线通信的智能车联汽车防盗系统

5 总结

综上所述，该项目可以更加有效地监测汽车能源的状况，

更大程度地避免汽车能源的失窃，为驾驶人员的顺利驾驶提

供保障。与现有汽车能源防盗方式相比，虽然成本有所增加，

但智能性更高，操作便捷，有很高的应用价值

[6]

。

（上接第59页）

[J].河北农机,2016(11):39.

[5] 孙小伍,马云林,袁磊.车载主机与录像仪器相结合的新型导航产

品研究[J].电子设计工程,2016,24(05):175-178+181.

[6] 石松伟.汽车防盗技术的现状分析和展望[J].科技资讯,2009(27):

195+197.

横梁局部结构来提高其强度，保证其不折弯变形。

（3）B柱。增加B柱与车顶的连接强度，减少B柱的

侵入变形量，保证车内乘员足够的生存空间。

4 结论

汽车侧面安全性设计是汽车车身结构安全性研究的重

点。在车身结构设计中应充分利用B柱、车门及门槛之间的

搭接，保证侧面结构侵入量较小，给车内乘员足够的生存空

间

[5]

。本文建立并验证了某车型的有限元模型，针对侧面碰

撞中变形较严重的部位，进行了前排座椅后安装梁的型面结

构优化，提高了其抗弯强度，有效的改善了该车型的侧面碰

撞安全性。同时，在提高侧面碰撞安全性的以后研发中，建

议从以下几个方面进行改进：

（1）车门防撞梁。在侧面碰撞中防撞梁使得车门不会过

多的侵入以保证了乘员安全。因此，应对车门防撞梁进行结

构优化，替换更高强度的材料等优化方案，以提高其抗弯能

力。

（2）座椅横梁。在碰撞中座椅横梁应将碰撞侧的冲击力

通过中央通道传递到非碰撞侧，分散减小碰撞力。通过加强

参考文献

[1] 张金换,杜汇良,马春生,等.汽车碰撞安全性设计[M].北京:清华大

学出版社,2010.

[2] McNell A,Haberi t worldwide side impact activities: Diver

-gence versus harmonization and the possible effect on future car

design [C]//Proc 19th Int Technical Conf on the Enhanced Safety of

Vehicles (ESV).Washington DC,Paper No.05-0077.2005.

[3] 胡远志,曾必强,谢书港.基于LS-DYNA和HyperWorks的汽车安

全仿真与分析[M].北京:清华大学出版社,2011.

[4] 陈晓东,尹同耀,朱西产,等.汽车侧面碰撞计算机仿真[J].汽车工

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[5] 曹立波,王鹏,杜文建,胡敏锋.基于乘员损伤分析的轿车侧面碰撞

安全性研究[J].北京汽车,2007(3):17-21.

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本文标签： 碰撞汽车模型进行结构