轿车门内饰板总成侧碰设计优化 王晓波 （延锋汽车饰件系统有限公司，上海２００２３５） 【摘要】 主要论述运用ＵＧ软件及ＣＡＥ分析对轿车门内饰板总成侧碰区域结构进行分析。零件在满足 自身刚度设计要求的同时，具有吸收能量的作用，以满足Ｃ．ＮＣＡＰ侧碰轿车门内饰板总成对乘员的保护要求。 经过实验室实车碰撞结果，轿车门内饰板总成的设计通过验收。 【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｄｏｏｒ ｔｒｉｍ ｃｒａｓｈ ａｒｅａ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ＵＧ ｓｏｆｔｗａｒｅ ａｎｄ ＣＡＥ ａｎａｌｙｓｉｓ．Ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ａｒｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｔｏ ｍｅｅｔ ｔｈｅｉｒ ｏｗｎ ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ，ｈａｖｅ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ａｂｓｏｒｂｉｎｇ ｅｎｅｒｇｙ，ａｎｄ ｆｕｌｌｙ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｐａｓｓｅｎｇｅｒｓ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ ｄｏｏｒ ｔｒｉｍ ｄｅｓｉｇｎ ｉｓ ｖａｌｉｄａｔｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ｒｅａｌ ｃａｒ ｃｒａｓｈ ｔｅｓｔ． 【关键词】轿车门内饰板总成ＣＡＥ分析侧碰 ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００７．４５５４．２０１５．０６．１２ 验来分析零件失效模式。在Ｃ．ＮＣＡＰ中，对于配置 ０ 引言 Ｃ—ＮＣＡＰ是根据《汽车侧面碰撞的成员保护》 评价标准量化试验，并根据判断合格或不合格来 量化试验结果。通过Ｃ—ＮＣＡＰ试验将侧碰变成直 观量化的星级评价，由于Ｃ—ＮＣＡＰ将评价结果直 有侧面安全气囊和气帘的车辆，如果在碰撞过程中， 气囊和气帘能正常展开即可加分。本文涉及到的 门内饰板总成配备的安全气囊不是标配零件，因此 分析侧碰要求按照没有侧碰安全气囊配置进行分 析。通过ＣＡＥ分析和实际试验来论述门内饰板总 成侧碰区域结构设计如何满足侧碰要求。 接向消费者公布，因而国内主机厂对Ｃ—ＮＣＡＰ的 评分结果十分重视，并将Ｃ—ＮＣＡＰ评价要求作为 零件的设计要求。 在汽车侧面碰撞中，门内饰板总成零件是与 乘员身体发生碰撞接触的直接零件，其碰撞刚度 １ 门内饰板总成侧碰设计要求 门内饰板总成侧碰区域结构设计是门内饰板 总成设计中最为复杂的设计工作，在结构设计时， 直接影响乘员的胸部、腹部、臀部的伤害程度，而 乘员的伤害程度影响Ｃ．ＮＣＡＰ的侧碰评分。因此， 门内饰板总成零件与侧碰假人胸部、腹部及臀部会 需要同时满足造型要求、制造可行性要求、乘员安 全性能要求、乘员使用结构刚度要求等。其中，乘 员安全性能要求门内饰板总成在子系统侧撞试验 发生接触的区域其刚度均需要进行测试和评价。 在设计阶段，工程师通过ＣＡＥ仿真分析模拟真实碰 撞，对零件的刚度进行评价，并根据分析结果优化零 中，向车外方向有一定的位移溃缩要求，即结构弱 化以达到吸收能量作用；乘员使用结构刚度要求 门内饰板总成在使用过程中结构足够强能够承受 乘员一定方向的滥用力要求。即结构加强以达到 件结构设计。在产品阶段，工程师通过实车侧碰试 收稿日期：２０１５—０３—０３ ・５６・ 上海汽车２０１５．０６ 满足乘员使用要求。乘员安全性能及使用结构刚 度相互矛盾，因此工程师在设计门内饰板总成结 构时需要同时平衡这两项指标。为节约设计研发 成本，通常在设计阶段采用ＣＡＥ分析进行理论分 析，达到设定目标后，在产品阶段以实际试验结果 下，测试力小于２．５ ｋＮ，根据门内饰板总成造型特 征及钣金形式，每一个溃缩点要求的溃缩距离不 一致。门内饰板总成在侧碰区域刚度要求在受到 ６００ Ｎ球压力状态下不破坏。侧碰测试位置及要 求、刚度要求见表１。 ２．３ ＣＡＥ分析结果 作为产品验收条件。 门内饰板总成侧碰主要考核假人在胸部、腹 部及臀部的伤害程度，根据《汽车侧面碰撞的成员 ＣＡＥ分析门内饰板总成侧碰区域扶手在受到 ２２２ Ｎ球压力情况下，变形量为３．８％，扶手材料为 保护》，要求门内饰板总成子系统在侧碰时，门内 ＡＢＳ，表面包覆ＰＶＣ表皮，ＡＢＳ材料在变形量不大 饰板总成溃缩距离为５０％，受到的挤压力小于 于１０％的情况下不会发生破坏。根据ＣＡＥ分析结 ２．５ ｋＮ，在此基础上，要求零件保持完好，不出现 果可知，门内饰板总成侧碰区域刚度满足要求。 碎裂、尖锐边等对假人造成二次伤害的情况。 ＣＡＥ初步分析的门内饰板总成力值结果如表２。 ＣＡＥ分析时，在３Ｄ数据上，按整车日点调整好假 根据ＣＡＥ分析结果显示，除了Ｂ点和Ｅ点外， 人的坐姿，将假人的胸部、腹部及臀部区域投影到 其余测试点力值均超过了２．５ ｋＮ，在实际侧碰中， 门内饰板上，即为门内饰板的侧碰区域，使用直径 假人受到的力值大，伤害程度高。因此需对门内饰 为１２０ ｍｍ圆，最大程度覆盖住侧碰区域，分析每 板总成侧碰区域进行优化，使其满足侧碰要求。 一个圆心处受力情况。要求力值不超过２．５ ｋＮ。 本文门内饰板总成侧碰分析分别在胸部、腹部及 表１ 门内饰板总成侧碰位置及要求 臀部区域取３个点，分析各点处受力情况。 测试点 溃缩距离 测试方法 受力值 ／ｋＮ 在侧碰区域，门内饰板总成在满足侧碰要求的 Ａ ｌ９．２ ＜２．５ 同时，其刚度需要满足扶手处受到直径为４，３８ ｍｍ圆 ｜ 爨 口Ｃ ２ ｌ９．２ １．２ 使用直径为１２０ ＜＜２．５２．５ 球施加２２２ Ｎ的压力试验不破坏的要求。 １ 溉 一 翟 Ｄ ４０．６ 的圆柱，按压在 ＜２．５ ｌ 黧 Ｅ ２ 网格模型建立及ＣＡＥ分析结果 Ｆ ４４１．４ 各测试点处，达 ０．３ 到溃缩距离要 求后＜２．５ 测试力值 ＜２．５ ，Ｇ ３８．５ 大小 ＜２．５ 日 ４１．６ ＜２．５ ２．１网格模型建立 ， ４２．２ ＜２．５ 根据造型Ａ面设计，利用ＵＧ软件及工程经 门内饰板总成侧碰区域 度要求 验初步完成Ｂ面结构设计，将设计模型导入Ｈｙ． 测试点 测试方法 测试力 目标要求 扶手中点 使用４，３８ ｍｍ的空心钢球，ｌ，向 ≥２２２ Ｎ 扶手表面不发 ｐｅｒｍｅｓｈ软件中进行网格划分，采用中性面网格，网 或者垂直扶手平面按压扶手 白，不破坏 格的平均长度为４ ｍｍ，局部小网格允许长度为 １ ｎ＇ｌｌｎ。由于门内饰板总成由不同零件组成，且零件 所用材料属性不同，需要根据实际情况赋予零件不 ３ 结构优化及ＣＡＥ分析 同材料性质，建立网格模型：定义几何模型；划分网 格；定义材料参数；定义固定参数及接触表面。 ３．１门内饰板总成结构优化 ２．２输入门内饰板总成侧碰要求及刚度要求 材料的性能对零件的强度有巨大的影响，由 门内饰板总成侧碰要求在溃缩５０％的情况 表２ ＣＡＥ分析结果 测试点 Ａ 日 Ｃ Ｄ Ｅ Ｆ ｌ Ｇ Ｉ Ｈ ｌ ， 测试要求／ｋＮ ＜２．５ ＜２．５ ＜２．５ ＜２．５ ＜２．５ ＜２．５ ｌ＜２．５ ｌ＜２．５ ｌ＜２．５ ＣＡＥ结果／ｋＮ ２．５４ １．２４ ３．２２ ３．５０ ２．ＯＯ ３．７１ ｌ ３．５０ Ｉ ３．９４ ｌ ３．８３ 上海汽车２０１５．０６ ・５７・ 于零件的材料属性及牌号被定义，无法通过更改 材料属性改善侧碰区域性能，只能通过优化零件 ３．２结构优化后ＣＡＥ分析 根据优化后的门内饰板总成结构，重新进行 结构改善侧碰区域性能。侧碰通过考核假人的胸 部、腹部及臀部受力情况来判断是否合格。优化 结构时，将胸部、腹部及臀部分开优化。 在胸部区域，测试点为Ａ、Ｂ、Ｃ ３点，由于门内 ＣＡＥ侧碰分析，分析结果如表３。 由ＣＡＥ分析结果可知，除了，点处，其余点位 置均满足门内饰板总成子系统的侧碰法规要求。 门内饰板总成属于车门一部分，在臀部区域，车门 钣金结构较弱，在整车级别的ＣＡＥ侧碰分析过程 中，臀部区域的车门钣金可以吸收大部分的能量， 且整车级别的ＣＡＥ分析结果能够满足侧碰法规要 求，因此，不对臀部区域的结构再进行弱化。按照 饰板总成背面无结构，仅壁厚对零件的侧碰产生 影响，门内饰板总成基础壁厚为２．５ ｍｍ，侧碰主 要受力方向为ｙ向，因此，通过更改门内饰板总成 翻边壁厚改善侧碰刚度要求。综合考虑门内饰板 使用刚度要求及安装要求，在侧碰区域，将翻边壁 厚更改为１．８ ｍｍ。 此设计进行零件加工。 在腹部区域，测试点为Ｄ、 、Ｆ ３点，门内饰板 背面有总成的安装结构，加上扶手材料为ＡＢＳ材 料，由于造型结构特点，零件定义的出模方向为Ｙ 向，当扶手受力时，ＡＢＳ材料不容易溃缩，因此测 ４ 实车试验 产品零件成型组装后，按照Ｃ—ＮＣＡＰ侧碰要 求进行实车碰撞试验。在实车碰撞试验后，发现 试力大。综合考虑模具结构，在模具上增加ｚ向 在肩部区域，门内饰板总成翻边开裂，虽然未对假 人造成二次伤害，但实际使用过程中潜在伤害乘 员风险；在臀部区域，门内饰板总成发生大面积开 裂现象。对假人造成伤害。分析发现，肩部区域 开裂边缘造型圆角过小，应力集中导致翻边开裂， 抽芯结构，使扶手侧碰区域设计成ｚ向抽芯结构， 将扶手侧碰区域设计为六角形蜂窝结构，受ｚ向 力作用时，由于零件结构有较多的加强筋，结构强 度增加；受Ｙ向力作用时，零件蜂窝结构容易溃缩 变形，能够起到较强的吸能作用。蜂窝筋壁厚定 义为１．５～１．８ ｍｍ之间，高度定义为１２ ｍｍ，以保 证扶手有足够多的溃缩空间，且ｚ向有足够强度。 在臀部区域，测试点为Ｇ、Ｈ、，３点，门内饰板 总成背部设计了吸收能量的鸡蛋盒结构，此结构 因此，通过加大造型圆角优化零件结构；在臀部区 域，增加鸡蛋头的壁厚，增强零件的刚度。 再次优化零件结构后，对门内饰板总成再次 进行实车碰撞试验，检查发现，在肩部及臀部区域 没有开裂现象，同时，假人在侧碰过程中的伤害值 也在Ｃ—ＮＣＡＰ要求内，因此，可以对门内饰板总成 加强了侧碰区域门内饰板总成的刚度，使得侧碰 区域力值增大；如果取消此结构，门内饰板总成力 值将降低，但可能出现门板被压溃的现象，对假人 造成二次伤害。因此，不取消门内饰板背面吸能 结构设计做验收。 ５ 结语 门内饰板总成设计需要综合考虑侧碰安全法 结构，但对吸能结构壁厚做减薄处理，将原壁厚 １．８ ｍｍ减少到１．２ ｍｍ，同时，将门内饰板总成的 翻遍壁厚从２．５ ｍｍ减薄到１．８ ｍｍ。 规要求及乘员使用刚度的要求，作为门板总成的 表３ ＣＡＥ分析结果 测试点 测试要求／ｋＮ ＣＡＥ结果／ｋＮ Ａ ＜２．５ １．６０ 日 （２．５ １．２４ Ｃ ＜２．５ ２．２４ Ｄ ＜２．５ ２．２８ 岳 ＜２．５ ２．００ Ｆ （２．５ ２．２６ Ｃ （２．５ ２．４８ Ｈ ｌ ， （２．５ ｌ （２．５ ２．２４ １ ２．６３ （下转第６２页） ・５８・ 上海汽车２０１５．０６ 位移。 最终位移分别为２５．０７ ｍｌＴｌ，２４．５９ ｍｍ，２７．４９ ｍＦｌｌ， ２７．７４ ＩＴｌ／ｎ，２７．２１ ｍｍ，远小于４００ ｍ／ｎ的要求，满足征 求意见稿的要求。 ３．４载货车后下部防护装置加载力按照车辆最 大总质量５ ２００ ｋｇ计算结果 根据分析结果（见图６），加载力按照车辆最 大总质量５ ２００ ｋｇ计算时，加载装置工况一～五 的最终位移分别为１２．１３ ｍｍ，ｌ１．９１ ｍｍ， Ｉ Ｉ．７８ ｍｍ，ｌ２．０８ ｍｍ，ｌ Ｉ．６２ ｍｍ，远小于４００ ｍｍ 的要求，满足征求意见稿的要求。 工 工 嗣Ｋ￣－－１２．１３ｍｍ ｌ 图６ 载货车后下部防护加载计算结果之一 图７ 载货车后下部防护加载计算结果之二 ４ 结语 综上所述，按照强标ＧＢ １ １５６７．２修订版规定 的加载量和加载程序计算后的结果表明：理论上， 依维柯载货车后下部防护的强度是满足标准修订 版要求的，后续将开展实物试验验证工作。 ３．５载货车后下部防护装置加载力按照车辆最 大总质量６ ５００ ｋｇ计算结果 根据分析结果（见图７），加载力按照车辆最 参考文献 ［１］ＧＢ ｌ１５６７．２—２ｏｏ１．汽车和挂车后下部防护要求［ｓ］ 大总质量６ ５００ ｋｇ计算时，加载装置工况一一五的 北京：中国标准出版社。２０ｏ１． 七 七 七 七七 七 七 电 七 七七 电七 七七七七七 女 电电 电 电 （上接第５８页） 的子系统，需要考虑整车侧碰实际状况。在造型 设计阶段，应综合考虑门内饰板总成的验收条件， 参考文献 ［１］ 颜燕，张龙，朱西产．汽车侧面碰撞法规的研究与分析 ［Ｊ］．上海汽车。２ｏ０５（１２）：３６４０．． 在侧碰区域满足造型要求的同时尽可能增大圆角 及定义有利于零件试验要求的出模方向。同时， 门内饰板总成需要综合考虑材料选择及结构设 计。在设计阶段，虽然使用ＣＡＥ分析能够大大缩 短项目开发周期及节约项目开发成本，但零件必 须以实际试验作为最终的验收标准。 ［２］ 陈维新，蒋伟春，张健等．基于Ｃ．ＮＣＡＰ侧撞性能优化 的轿车门内饰板设计［Ｊ］．上海汽车，２ｏ０８（４）：１３．１７． ［３］ＧＢ ２００７１—２ｏｏ６．汽车侧面碰撞的乘员保护标准［Ｓ］． 北京：中国标准出版社，２００６：１５－３２． ・６２・ 上海汽车２０１５．０６