防弹车防弹设计与模拟分析
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本文采用基于CATIA、NX等三维软件的防弹设计方法进行防弹车设计开发，将防弹布置数据与原车数据结合进行各种模拟分析，优化设计方案，最终可以实现批量生产防弹车。
传统防弹车的生产方式是在拆下原车的零部件后对车身进行切割、增焊防弹钢板等“破坏性”方式来改装的。这种改装工艺虽然简单，但是破坏了原车的内部结构，改变了原车的形态，其安全性、质量稳定性、舒适性及操控性等没有保障，在做防弹布置时不易做到全面而周密的防护，无法形象直观地看到防弹布置，防弹盲区难以控制，此外对原车零部件的装配也产生影响。
一、防弹设计
在防弹设计前期，防弹布置大致分为三个板块：车门板块，侧围板块和车身板块。车门板块包括前门、后门和后背门等；侧围板块包括左侧围、右侧围以及车身顶盖；车身板块为防弹侧围、防弹顶盖和地板焊装总拼后对其前挡板、前轮罩、后轮罩以及左右侧围防弹、车门防弹无法直接防弹覆盖的部位等。
1.防弹结构分析
进行防弹结构分析时，需要通过原车整车数据对其结构进行分析，对防弹布置后会影响后期装配的问题点进行初步排查和解决方法分析。
对于车门板块，要考虑防弹钢板对门护板的装配，对门把手和门锁的装配等是否会产生影响；还要考虑到防弹玻璃加厚后是否有足够空间进行升降，防弹玻璃升降器加装防弹玻璃后原安装孔的承载强度是否能够满足，防弹玻璃是否会影响到呢槽以及内外挡水条的安装等。
对于侧围板块，要考虑到内护板装配孔是否能做出避让，侧围内外钣金内腔间是否能够电泳透彻，侧围边缘加装防弹材料后是否影响焊装总拼等。
对于车身板块，要考虑到车身前挡板加装防弹钢板或防弹纤维布后由于装配面的移动是否影响发动机舱以及驾驶舱零部件的装配，前挡板与侧围以及与地板处的防弹布置是否会影响涂装车间涂密封胶，前后轮罩加装防弹钢板后是否会影响车轮转，车轮前后上下攒动时轮胎是否与防弹钢板干涉等。
2.分块防弹设计
结合以上防弹结构分析，利用车身数据进行防弹设计，通过CATIA、NX等三维软件生成防弹钢板数模。设计要点如下。
对于车门板块，要对门正面、前后侧面均进行防弹布置。正面防弹钢板需与门外板曲面形状基本相同，还要保证防弹钢板与车门外板间保持一定的间隙，确保在门压合后不会产生鼓包和凹坑等缺陷，门把手处不能成为防弹盲区。车门前侧的铰链与车门连接处要在防弹钢板的基础上进行加强处理，防止门下垂现象。防弹玻璃比普通玻璃厚而且重，在防弹玻璃升降器安装位置进行加强处理。门上段和车门防弹玻璃交界处要有有效的防弹方式。
对于侧围板块，在防弹钢板上开有流液孔使电泳液能顺利通过侧围内外钣金内腔，保证侧围电泳透彻。如图1所示，与地板以及前挡板搭接处的部分防弹钢板要进行避让，排除由于增加防弹材料对车身拼装的影响。防弹钢板在侧围护板卡扣或安全带安装孔等对应位置要开孔避让，使其能够顺利装配。侧围防弹设计需要与车门防弹设计相互配合，尤其是在立柱与侧围相交位置要有有效的防弹方式。
车身板块是在侧围和车门防弹设计完成后进行的。涉及部位主要有前挡板处、前风挡横梁处、前后轮罩处以及侧围与顶盖、侧围与地板交接处等。在这些部位需要综合采用多种防弹材料，如防弹钢板、防弹纤维布或防弹纤维板等进行防弹设计，如图2～图5所示。
3.整车防弹布置检测
对防弹车身加载原车总装件数据，例如利用CATIA中DMU模块可以检查防弹布置是否对零部件安装、拆卸、机构运动产生影响。重点检查原车安装孔位处的防弹布置是否和螺栓或者卡扣等有干涉现象；加焊防弹钢板后的安装或运动空间是否满足。
采用基于CATIA等三维软件的防弹模拟方法可以形象直观地看到防弹布置情况，避免防弹盲区。如图6～图8所示，在检测过程中重点从各个角度对防弹搭接处进行检查，分析各个射击角度是否会对车内人员造成伤害。在此过程中，可以将原车数据进行隐藏，只保留防弹数据，检查这个防弹布置是否已经“密不透风”。利用各三维软件的剖切功能，从X 、Y 、Z 方向以及自定义方向对防弹布置数据进行剖切，观察剖切线是否对于车内封闭，也就间接检验车内人员在可能的射击角度下是否安全。
利用此模拟方法能够全面地对整车防弹布置进行检查，和传统防弹车生产方式相比在防弹布置上更加科学严谨、形象直观，更能够提高乘客的安全性。
二、防弹模拟分析
结合原车数据以及防弹布置数据，对整车进行防弹模拟分析。主要包括C F D分析、振动噪声分析、结构强度分析、被动安全分析以及动力学分析等。
1.防弹车CFD分析
利用CFD分析可以对乘员室气流及温度舒适性进行分析。由于对前风挡下横梁以及导水槽等空调进风口处进行了防弹布置，在空调进风不足的情况下直接影响到车内温度场、湿度场和速度场分布，从而造成前风挡玻璃易起雾，冬天严重影响驾驶员视野，影响整车换气等。
空调系统性能分析需要建立相对应的完整数模以及提供风道入口的进风量和风道入口的速度。在原车数据以及防弹布置数据中加入人体模型，仿真计算人体表面舒适度并进行空调风道、除霜除雾性能和HVAC性能分析。
最终利用CFD的分析结果进行针对性更改，将防弹布置设计对空调性能的影响降到最低，提高乘客舒适度，如图9所示。
2.防弹车振动噪声分析
由于车身加装了防弹材料，不可避免地对车身振动噪声产生影响。当前对于低频结构振动和噪声分析的研究方法是：①车身的振动状态、抗变形能力：基于有限元方法对防弹车身通过建立有限元模型计算得到整车及结构固有振动模态参数，通过施加相应载荷计算取得整车扭转刚度和弯曲刚度特性；②改善噪声：基于有限元和边界元的系统声学特性计算和声响应。利用原车数据和防弹数据对其进行NVH分析，找到可能对整车噪声最敏感、产生影响最大的部位，从而从结构或者焊接工艺上对防弹布置进行更改。对于车门以及车门玻璃等密封处，不仅要求门洞胶条或者呢槽等安装的牢靠，更要求它们有良好的密封性，改善空气或者液体的流动状态。
3.防弹车结构强度分析
车身增加了防弹材料后对车的整体刚性产生了影响，如门铰链和减震器座，原有的结构是否能够满足，需要用C A E的结构强度分析来辅助判定。有限元分析的目的在于提高其承载能力和抗变形能力，对于不满足要求的，通过分析结果直接得知哪些区域需要进行加强，还可以对原结构进行优化性改进。下面以某车型前门门铰链强度分析进行说明。
载荷条件如表1，门铰链加强方式如图10，应力加载方式如图11，图12为前门开启15°时应力云图和塑性应变云图。
综合上述分析结果，前防弹车门在安装了防弹玻璃和防弹加强板后，门的重量增加2倍，但在门铰链处焊接的高强度加强板对于减少铰链连接处的塑性变形起到了很大的作用，故在门开启15°和70°时，门的最大位移以及参与应变均可满足要求，如表2所示。
4.防弹车被动安全分析
防弹车加装防弹材料后对整车的被动安全性有很大影响，利用车身数据和防弹布置数据可以做被动安全分析，模拟计算可以节省昂贵的实车碰撞试验经费，且在设计阶段模拟分析是唯一的分析手段。这样可以预先得知整车的安全性能，并且有针对性地进行防弹设计改进，如图14所示。
5.防弹车动力学分析
利用CRUISE对防弹车动力总成配置情况进行研究和分析，需要输入发动机、变速箱、主减速器、液力变矩器、中央差速器、分动器、轮胎和整车等相关参数通过建立仿真模块，再把各模块连接起来（物理连接和信号数据信号连接），根据整车性能要求制定各项计算任务，如0～100k m/h加速时间、最高车速、最大爬坡度等最终计算结果。根据计算结果与实际需求间的差异适当调整相关参数并最终得到合适的各项参数，如图15～图17所示。
三、结语
本文采用基于CATIA、NX等三维软件的防弹设计方法快速展开防弹设计，对其可能产生的装配干涉情况及时发现并且做出避让措施，可以形象直观地检测整车防弹布置情况，避免防弹盲区。将防弹布置数据与原车数据结合可以进行各种模拟分析，优化设计方案。通过防弹设计及防弹模拟分析，能够有效指导防弹车开发，数控加工设备可以直接或间接利用防弹布置数据进行加工，提高劳动生产效率，从而实现防弹车的快速批量生产。