基于集中参数化模型的汽车正面碰撞概念设计方法研究

【摘要】随着我国汽车设计水平的不断提高，缩短产品设计周期、快速推出新车型已成为汽车企业的迫切需要，从而实现抢占细分市场，获取更大利润空间。作为汽车四大总成之一，车身结构是汽车设计中的重要组成部分，同时也是保证汽车碰撞安全性能的重要载体。车身结构布置形式在概念设计阶段就需要确定下来，因此研究汽车概念设计方法对于提高车身抗撞性能具有重要的意义。结构抗撞性作为评价汽车安全性能的重要指标，其设计的难度大，在汽车详细设计阶段继续修改的余地较小，因此在概念设计阶段即将汽车的抗撞性能作为设计目标，对于提高整车碰撞安全性能，缩短产品设计周期具有十分重要的意义。本文基于吉林省科技发展计划项目《轿车车身部件双模参数化集成库建立及抗撞性快速优化研究》（编号：20126001）以及一汽技术中心项目《乘用车碰撞概念模型建立与优化分析》（编号：1332A），开发了一种用于概念设计阶段进行汽车正面碰撞抗撞性能预测和评估的集中参数化模型（Lumped-ParameterModel，以下简称LPM），建立了国内某款自主研发车型的整车四自由度LPM，并验证了模型的准确性。本文主要研究内容包括：(1)对国内外车身概念设计相关领域的研究现状进行了全面的概述，探讨了基于集中参数化模型（LPM）的车身概念设计方法。汽车正面碰撞概念设计阶段，LPM的作用为实现对车身抗撞性能的初步评估，并控制车身轴向刚度分布。基于LPM性能特点，分析了其建模方案的可行性，并初步建立了车身前部吸能部件的两自由度LPM。(2)探讨了整车有限元仿真模拟的方法与实施途径，以国内某款自主研发车型为研究对象，建立了此车型的整车详细有限元模型，并进行了碰撞仿真分析。对车身关键部件在正面碰撞过程中的抗撞性表现进行了研究，其中包括关键部件的能量吸收情况和力的传递路径分布，以此作为建立整车多自由度LPM的参考信息。提取了整车有限元模型在碰撞力、位移、速度和能量响应方面的结果数据。(3)以整车正面碰撞仿真模拟能量吸收与力的传递路径分析为基础，确定了四自由度LPM的构建方案。对两自由度LPM建模方案中的弹簧材料属性和刚度赋值方式进行了改进设计，建立了实际车型的四自由度LPM，并进行了碰撞分析。将LPM和实车详细模型的碰撞响应结果数据进行了对比分析，验证了四自由度LPM建模方法的合理性及有效性。制定了LPM参数化建模方案与基于LPM的汽车正向概念设计具体实施流程。本文研究内容涉及汽车车身设计领域，可概括为汽车概念设计阶段的抗撞性分析研究，具体涉及一种简化的集中参数化模型LPM。在新车型的概念设计阶段，通过建立整车的多自由度LPM，来快速分析评价汽车在正面碰撞过程的抗撞性表现，并可进一步指导与开展基于安全性的汽车结构优化设计。
【作者】李彬；
【导师】徐涛；
【作者基本信息】吉林大学，固体力学，2014，硕士
【关键词】概念设计；LPM；正面碰撞；仿真分析；抗撞性能预测；

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