摘要：通过客车侧翻数据库、分段侧翻试验、CAE仿真对比、整车侧翻试验，验证侧翻仿真分析的可使用性，提出提高客车侧翻性能的设计准则。
关键词：侧翻;仿真;客车;上部结构强度
1引言
客车作为大众出行的一种交通工具，其结构安全一直倍受关注，客车侧翻安全性能是客车被动安全的重要部分。本文利用客车整车侧翻试验、分段侧翻试验和CAE仿真分析手段，提出了基于客车侧翻安全的结构设计准则，为客车结构设计提供参考。
2建立客车侧翻数据库
根据多款不同车型样车的侧翻试验结果，建立客车侧翻数据库，针对其中4款车型，收集的数据如表1所示。B柱和C柱的生存余量为车辆侧翻后立柱内侧与生存量规的最近点距离，如图1所示。通过对比车型的侧翻数据分析，得出在车辆质量和质心相近的情况下，车辆骨架关键部件的材质和规格是影响侧翻结果的重要因素[1]。需要对骨架关键部件的材料和规格对车辆的侧翻性能影响进行研究。
3分段侧翻试验选取
某款车型进行分段侧翻试验，设计了三个侧翻样件，采用等强度替代原则，分别对窗立柱和顶盖横梁采用Q700和Q345两种材质，同时分为地板和窗立柱之间有无加强斜撑的不同状态。试验的主要目的是：对比CAE仿真分析与实际侧翻结果，验证CAE分析的准确性；对比等强度Q700与Q345套管材料侧翻应用结果，分析材料刚度对侧翻的影响；对比地板有无加强斜撑的侧翻结果，分析结构刚度对侧翻的影响[2]。通过高速摄像及试验数据采集，测量不同点位处侧立柱的变形数据，并与CAE仿真结果进行对比，图2为分段侧翻样件1的侧翻过程，图3为分段侧翻样件1的CAE仿真生存空间余量变化曲线。通过分段侧翻试验结果与CAE仿真分析的对比，如表2所示，可得出以下结论：CAE仿真与试验结果的趋势基本吻合，CAE分析可以作为侧翻性能检验的重要工具；生存空间截面的抗弯刚度和抗弯强度是影响侧翻的决定性因素[3]。
4整车侧翻试验
通过分段侧翻试验的数据和经验积累，选取某车型样车进行整车侧翻研究分析，整车侧翻运动仿真过程如图4所示，整车侧翻从T=0.00S时开始，变形量约在T=0.15s时达到最大，此后开始回弹直至侧翻结束。对样车实车进行整车侧翻试验，图5为侧翻样车。对侧翻车的前段、中段和后段的变形量进行检测，并与仿真数据进行对标，数据如表3所示。通过数据对比，中段的仿真变形量与试验吻合度较高；通过高速录像发现，因侧翻试验中车辆触地点不同步，后部先触地发生鞭打效应导致仿真变形量与试验变形量有差异。
5提高客车侧翻性能设计准则
通过系列的侧翻试验和仿真分析研究，得出了提高客车侧翻性能的设计准则。车辆的上部结构应具有足够的强度和刚度，以确保在整车侧翻试验中和侧翻后生存空间没有受到侵入。通过系列的侧翻试验和仿真分析研究，为提高车辆的上部结构强度，需综合考量以下几点设计因素：（1）保证整车力传递的连续性，从而使侧翻时整车受到的冲击能量可以通过骨架的各个杆件有效、流畅地分散到车身各个受力部件上。整体结构上，采用“封闭环”设计，顶盖主横梁与侧窗立柱严格对齐，侧窗立柱直通侧围下腰梁，侧窗立柱与侧舱立柱需尽可能对齐，顶盖主横梁、侧窗立柱和地板横梁形成一个封闭的“小环”，顶盖主横梁、侧窗立柱、舱门立柱和行李舱地板骨架横梁形成一个封闭的“大环”。具体结构上，应避免力传递路径的“突变”，造成局部受力过大，传递效率低下。（2）保证车身骨架与车架的连接强度，避免使用类似扣车身的拼装工艺。车身与车架的连接强度是整车上部强度的基础，二者可靠的刚性连接可使上部结构在侧翻时不会产生多余的线性位移，从而满足生存空间的要求。（3）提高各个关键截面的抗弯刚度，最有效的办法是增加侧围和顶盖厚度方向方钢的规格，但这样会减小车内空间。也可通过增加斜撑、扒角或者并管的办法来增加截面的抗弯刚度。（4）用侧窗R弧半径更大的龙门框曲线，R弧半径越大，骨架变形的空间越大，达到生存空间截面前会吸收更多的能量，越有利于通过侧翻检验。（5）轻量化设计原则，侧翻时上部结构所吸收的能量与整车的重力势能成正比，因此在结构设计时应去除冗余结构，同时选用刚强度性能更好的钢材，以降低钢管壁厚，降低骨架重量。
6结语
客车的侧翻安全性能作为客车被动安全的重要组成部分，在出现侧翻事故时，直接影响到乘客的生命安全。本文通过收集样车侧翻数据，建立了侧翻数据库；通过分段侧翻试验和整车侧翻试验，与CAE仿真分析进行对比，验证了CAE仿真手段的可使用性；最后根据系列的侧翻试验和仿真分析，提出了提高客车侧翻性能设计准则。
作者：张天榕 单位：厦门金龙联合汽车工业有限公司
