設計開發(fā)

N3類汽車設計中兼具質量和成本效益的FUPD

對汽車安全性的要求一直以來都是汽車制造商關心的主要問題。在不同類型汽車發(fā)生碰撞時，要求汽車不僅能夠保護自身車內乘員的安全，而且能夠考慮對方汽車車內乘員的安全。對于N3類汽車，當與小型汽車（M1類和N1類）發(fā)生正面碰撞時，由于兩種汽車前部形狀和剛度的不匹配性，因此會出現(xiàn)小型汽車鉆入N3類汽車底部的情況，使N3類汽車的保險杠與小型汽車風窗玻璃接觸，造成鉆碰的發(fā)生。對此，各國都要求N3類汽車底部需要安裝前部防鉆碰保護裝置（FUPD）。FUPD主要作用類似于汽車保險杠，發(fā)生碰撞時一方面需要防止鉆碰的發(fā)生，另一方面需要通過塑性變形吸收碰撞能量。各國對FUPD性能的要求越來越高，為滿足這種規(guī)定性的要求，汽車制造廠商不得不提高FUPD的剛度，但這會造成FUPD的質量增加，而若采用具有較高強度的鋁合金材料，則會造成FUPD的成本增加。對此，給出一種用于N3類汽車，且兼具質量效益和成本效益的FUPD。

FUPD一般包含兩個部分，前部防鉆碰保護器和所需的安裝部件。對FUPD進行設計時，為了保證成本不會出現(xiàn)大幅增加，最好的解決方案是不增加新的安裝結構。而對FUPD進行新材料選擇時，需考慮材料強度和成本的約束，選擇具有較高強度和較輕質量的高強度合金鋼。設計時，首先設定汽車規(guī)格和市場常見FUPD的加載參數(shù)作為輸入，并將聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟委員會ECE R93汽車法規(guī)作為約束條件；之后，根據(jù)加載參數(shù)進行FUPD規(guī)格的設計，并在LS-Dyna中建立相應的有限元模型，對設計的FUPD性能進行仿真，反復迭代該過程，直到性能達到ECE R93中的要求；最后，制造FUPD的物理原型，并進行臺架試驗進行驗證。結果顯示，與傳統(tǒng)的FUPD相比，新設計的FUPD質量減輕2%；而與鋁材料FUPD相比，成本降低20%。因此，可認為新設計的FUPD兼具質量效益和成本效益。此外，這種設計還可以用在汽車后部防鉆碰保護裝置（RUPD）和側面防鉆碰保護裝置（SUPD）。

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

編譯：張振偉