随着我国社会经济与汽车工业的发展,汽车保有量迅猛增长,其中适应中国消费者需求的微型汽车销量更是逐年上升;车辆翻滚事故具有低发生率、高死伤率的特点,已经成为公安部重点防控的交通事故类型,微型汽车的翻滚事故更是引起了国务院高度重视。目前,世界各国尚未颁布车辆翻滚性能的动态强制性法规,国外对此领域的研究也较少,国内更是几乎空白。因此,无论是从社会长期稳定发展和国家相关法规制定,还是从翻滚技术研究储备和汽车企业发展角度出发,对车辆(特别是微型汽车)翻滚性能进行研究的意义重大。本文基于《中国微型车安全技术及标准研究》项目工作内容,以微型汽车为研究对象,对翻滚碰撞涉及到的试验方法、仿真理论和优化算法进行了一定探索;通过实车物理试验与计算机有限元仿真分析相结合的方法,对试验方法改进、仿真模型调试修改、试验与仿真结果对比和仿真效率提升等内容进行了相关研究与分析;借助计算机辅助技术,兼顾车辆翻滚耐撞性、吸能特性和车身轻量化完成了车身关键结构的多目标优化设计。针对微型汽车翻滚碰撞安全性能,本文主要开展了以下几部分内容的研究工作:(1)车辆翻滚碰撞基本理论与方法探索基于FMVSS 208法规,对平台翻滚试验程序进行改进,完善了试验前整车质量调配步骤,增加了试验中车身变形侵入量与关键结构运动参数的测试内容;概述了适用于翻滚碰撞仿真分析的动态大变形非线性有限元分析方法中涉及到的力学方程、积分算法和接触算法等基本理论;探索了计算机辅助技术在工程优化问题中的具体应用方法,并对试验设计、近似模型构建和多目标优化等理论与实现方法进行研究。(2)微型汽车翻滚碰撞物理试验与仿真分析研究对微型汽车平台翻滚试验的物理试验程序与有限元仿真模拟分析流程进行了详细说明;分别从轮胎与车轮总成、悬架系统和车辆顶部结构三个方面进行了整车试验前的子系统试验验证,并完成对应有限元模型的调试与修改;对整车平台翻滚试验与仿真后的计算可信度、运动姿态、运动参数、部件变形及失效等几个方面进行对比分析,研究了目标车型的翻滚碰撞安全性能,同时验证了有限元模型的可信度、准确度和精细度;针对整车翻滚仿真计算求解耗时长的问题,对比研究了“柔性体-刚性体转化”、“运动参数赋予”和“综合提升”共三种效率提升方案,并确定了优化设计阶段采用的仿真求解效率提升具体改进方法。(3)翻滚性能提升为目标的车身关键结构优化设计根据试验与仿真后车辆的变形、受力和吸能等因素确定了顶盖1#横梁、顶盖2#横梁以及左右两侧A柱内板为本文研究车型在翻滚碰撞过程中的车身关键结构;从车身结构耐撞特性与吸能特性两个角度出发,研究了综合考虑结构侵入变形与结构能量吸收的车辆翻滚性能评价指标;按照工程优化问题设计流程,利用Opt LKD试验设计、KRG近似模型构建、NAGA-Ⅱ多目标寻优和比例系数取优等方法完成了关键结构优化设计,验证结果表明优化方案合理,优化效果显著。