N3类汽车设计中兼具质量和成本效益的FUPD

设计开发

N3类汽车设计中兼具质量和成本效益的FUPD

对汽车安全性的要求一直以来都是汽车制造商关心的主要问题。在不同类型汽车发生碰撞时，要求汽车不仅能够保护自身车内乘员的安全，而且能够考虑对方汽车车内乘员的安全。对于N3类汽车，当与小型汽车（M1类和N1类）发生正面碰撞时，由于两种汽车前部形状和刚度的不匹配性，因此会出现小型汽车钻入N3类汽车底部的情况，使N3类汽车的保险杠与小型汽车风窗玻璃接触，造成钻碰的发生。对此，各国都要求N3类汽车底部需要安装前部防钻碰保护装置（FUPD）。FUPD主要作用类似于汽车保险杠，发生碰撞时一方面需要防止钻碰的发生，另一方面需要通过塑性变形吸收碰撞能量。各国对FUPD性能的要求越来越高，为满足这种规定性的要求，汽车制造厂商不得不提高FUPD的刚度，但这会造成FUPD的质量增加，而若采用具有较高强度的铝合金材料，则会造成FUPD的成本增加。对此，给出一种用于N3类汽车，且兼具质量效益和成本效益的FUPD。

FUPD一般包含两个部分，前部防钻碰保护器和所需的安装部件。对FUPD进行设计时，为了保证成本不会出现大幅增加，最好的解决方案是不增加新的安装结构。而对FUPD进行新材料选择时，需考虑材料强度和成本的约束，选择具有较高强度和较轻质量的高强度合金钢。设计时，首先设定汽车规格和市场常见FUPD的加载参数作为输入，并将联合国欧洲经济委员会ECE R93汽车法规作为约束条件；之后，根据加载参数进行FUPD规格的设计，并在LS-Dyna中建立相应的有限元模型，对设计的FUPD性能进行仿真，反复迭代该过程，直到性能达到ECE R93中的要求；最后，制造FUPD的物理原型，并进行台架试验进行验证。结果显示，与传统的FUPD相比，新设计的FUPD质量减轻2%；而与铝材料FUPD相比，成本降低20%。因此，可认为新设计的FUPD兼具质量效益和成本效益。此外，这种设计还可以用在汽车后部防钻碰保护装置（RUPD）和侧面防钻碰保护装置（SUPD）。

Ajo John et al.SAE 2016-28-0196.

编译：张振伟