回归分析方法在车身结构设计中的应用研究

武之剑

摘 要：针对某个汽车设计了侧面碰撞模拟测试，并从关键位置提取了车身响应和假人伤害值。已经建立了许多用于身体反应和虚拟伤害的线性回归模型和逐步回归模型，并且逐步回归模型的等价关系用于获得由身体不同部位引起的伤害率。然后优化设计，测试验证，可以看出优化后的样车符合规定要求，并为其他车身侧面结构的设计提供了参考。

关键词：侧碰安全性;假人伤害;车身结构响应;结构优化

本文以某个汽车为例，通过有限元模拟方法和实验设计研究了入侵量，身体结构入侵率和人身伤害之间的关系。反应表面的虚拟模型和近似模型在碰撞过程中起着重要作用。明确人体主要部位的入侵率和入侵率，预测人体模型的损伤值。最后，对影响虚拟损伤的主要因素进行了优化。

1 试验设计

使用拉丁超立方体测试设计方法进行的侧面碰撞模拟获得车身结构响应和虚拟伤害值。车辆的侧面空间小，且无侧面安全气囊，由此车身结构对桩柱损坏的影响更为重要。在实验设计中，选择了六个主要的能量吸收和力传递组件为设计对象。

2 回归分析

汽车碰撞是高速，非线性和高变形的问题，使用近似建模方法利用数据处理领域中响应表面的构造技术，通过计算结果拟合了多个近似曲线，构成了三维反应表面。根据拉丁超立方试验设计获得的输出响应数据，将车身结构响应的两段峰值提取出来作为自变量，将假人的伤害值D、VC、F提取峰值作为因变量，建立自变量与因变量之间的回归分析模型。

2.1 多元线性回归方程

2.2 逐步回归方程

逐步回归的基本概念是逐步引入自变量，并且每次引入对因变量影响都特别的。每次引入新变量时，都会逐一测试引入方程式中的现有变量，从受影响最小的变量中逐一删除受影响最小的变量，并考虑引入新变量，直到没有可以消除的为止。重复此过程，直到无法引入新变量，因此回归方程中所有自变量对因变量的影响很很重要。

3 侧面结构优化设计

3.1 优化方案

假人胸部压缩量D主要受B柱上半部分的入侵量、入侵速度影响;粘性指数VC主要受B柱中部的入侵量影响;而腹部力F主要受对应腹部的车门处的入侵量、入侵速度影响。因此，优化的基本思路是加强B柱中上部分的结构强度，这将使B柱下端的结构强度相对减弱，B柱底端的变形量增大而中上部分的变形量减小，因而B柱变形模式更有利于保护乘员头部和胸部;其次加强车门内防撞杆的结构强度，减小车门的入侵量。优化方案如下：

①B柱厚度不变，材料从高强度钢变为热成型钢，因为热成型钢的超高强度和延展性而大大提高了整体安全性。

②B柱中部加强板延长至B柱上端，从而有效加强了B柱中上部的抗弯能力，使用材料为B340/590DP，厚度为1.5mm。

③将车门内的防撞杆材料改为20Mn并淬火处理，抗拉强度达到1300MPa以上，厚度为2.0mm。

根据优化方案对原模型进行调整，重新建立侧面碰撞模型进行仿真计算，获得假人伤害值;读取优化模型的车身响应通过上节的逐步回归方程预测假人伤害值并与仿真值进行比较。优化后的假人伤害值满足侧面碰撞法规要求，采用逐步回归分析方法，根据车身响应预测的假人伤害值与仿真模型中的假人伤害响应一致性较高，误差均在5%以内，近似模型通过车身结构响应就可以较为准确地预测假人伤害值，在碰撞仿真模型中可以不摆放ES-2假人，改为为配重使用的刚性体假人，这样显著缩短了仿真计算的时间，提高了分析效率，有利于新产品的开发。

3.2 试验验证

根据优化方案对车辆进行改进，按照法规要求进行侧面碰撞试验，并采集B柱右侧加速度信息及假人伤害响应，试验数据与仿真结果进行对比，试验采集的车身B柱加速度与仿真计算结果的曲线拟合程度较好，假人伤害响应方面仿真结果与试验数据的曲线走势及峰值基本一致，表明本文的仿真模型精确度较高，可以较为准确地模拟试验过程;通过优化方案对车辆进行改进后，试验测得假人胸部压缩量峰值（上肋骨）明显降低，满足法规要求，因此优化方案具有一定的可行性。

4 结论

本文中对基于拉丁超立方测试设计，从侧面碰撞分析结果中提取了人体碰撞响应和虚拟响应，构建了多线性回归模型和逐步线性回归模型，并建立了等效关系。绘制成侧撞中车身结构响应对假人响应的贡献量饼图，量化表达出二者之间的关系。元线性回归方程和逐步线性回归方程对于假人上肋骨的压缩，上肋骨的黏度系数，峰值腹肌力和骨盆力峰值具有相当高的预测精度。在已知侧面碰撞体结构变形的前提下，可以预测相应的假人损坏，为侧面碰撞的安全设计提供依据。

参考文献：

[1]李仲奎，夏衛群，秦信武等.纯电动轿车侧面碰撞安全性能提升[J].汽车技术，2017（01）：11-16.