基于行人保護(hù)柔性腿碰撞的前保險杠結(jié)構(gòu)優(yōu)化

徐夢飛

摘 要：在開發(fā)某車型時，參考2018版中國新車評價規(guī)程（C-NCAP）中柔性小腿（Flex-PLI）碰撞規(guī)則，運用計算機(jī)輔助工程（CAE）技術(shù)，對其前端保險杠結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化?；谇岸伺鲎材Ｐ偷暮喕Ｐ?，分析了前保險杠結(jié)構(gòu)布置尺寸與碰撞傷害指標(biāo)的相關(guān)關(guān)系，確定了優(yōu)化方案，并通過CAE仿真分析驗證了該優(yōu)化方案的可行性。以上研究為改進(jìn)行人保護(hù)柔性腿型碰撞的車輛前保險杠結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了參考。

關(guān)鍵詞：行人保護(hù)；碰撞試驗；柔性腿；前保險杠

中圖分類號：U491.61 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1005-2550（2017）04-0040-05

Abstract： In the development of a vehicle， reference China-New Car Assessment Program（2018）in flexible leg （Flex-PLI） collision rules， using the computer aided engineering technology（CAE）， optimize the structure of front bumper. Based on the simplified model of the front collision model， the relationship between the size of the front bumper and the damage index is analyzed， then determine the optimization scheme. The feasibility of the optimization scheme is verified by CAE simulation analysis. The above research provides a reference for improving the structural design of the front bumper of pedestrian protection （flexible leg）.

Key Words： pedestrian protection； impact test； Flexible-Legform； front bumper

在汽車安全研究領(lǐng)域中，車輛行人保護(hù)安全性能是非常重要的組成部分，其中行人小腿碰撞是車輛行人保護(hù)安全性能開發(fā)的重要內(nèi)容之一。車輛前保險杠系統(tǒng)的造型、結(jié)構(gòu)設(shè)計直接影響行人保護(hù)小腿碰撞安全性能。

歐盟新車評價規(guī)程（E-NCAP）在2014年將行人保護(hù)安全評價中使用的TRL剛性腿型正式替換為Flex-PLI柔性腿型，相比而言柔性腿型的傷害指標(biāo)及評價方法有很大更新。

中國新車評價規(guī)程（C-NCAP）發(fā)布的2018版C-NCAP方案整體概要中，加入了行人保護(hù)評價內(nèi)容，其中行人保護(hù)保護(hù)下腿型碰撞試驗評價采用Flex-PLI柔性腿型。

1 行人保護(hù)柔性腿評價方法

1.1 行人柔性腿型碰撞試驗方法

試驗區(qū)域劃分——保險杠兩個角點之間的區(qū)域和緩沖梁、橫梁等結(jié)構(gòu)部件的最外邊緣之間的區(qū)域，取兩個區(qū)域中較大的區(qū)域作為腿型試驗區(qū)域。

試驗點選取——由中點或中點左側(cè)第一個點開始，選擇車輛單側(cè)的所有間隔點開展試驗。

試驗要求——腿型沖擊器按要求位置擺放后以40Km/h相對速度沖擊車輛前端。

1.2 柔性腿碰撞傷害評價指標(biāo)

柔性腿型評價指標(biāo)分為韌帶伸長量和脛骨彎矩：

韌帶伸長量包括前十字韌帶伸長量（ACL）、后十字韌帶伸長量（PCL）、內(nèi)側(cè)副韌帶伸長量（MCL）。

脛骨彎矩包括脛骨上部彎矩（T1）、脛骨中上部彎矩（T2）、脛骨中下部彎矩（T3）、脛骨下部彎矩（T4）。

柔性腿型上的傳感器分布如圖1所示

柔性腿型碰撞單點總分1分為兩部分，小腿的彎矩占0.5分，取四個彎矩值中最差的一個進(jìn)行評價，基于高、低性能限值通過線性差值法來計算得分，膝部韌帶的伸長量占0.5分，在ACL、PCL低于限值的前提下，基于MCL高、低性能限值通過線性差值法計算得出。所有碰撞點總分和除以碰撞點數(shù)量得出得分百分比。將百分比乘以3，即為該腿型試驗最終得分。

柔性腿型傷害值限值及評分方法見表1所示：

若ACL或PCL≥10mm，該部分得分為0分。

2 初始方案碰撞分析

圖2為初始方案前保險杠系統(tǒng)與車輛前端結(jié)構(gòu)碰撞模型。

通過CAE仿真計算，初始方案的柔性腿型碰撞結(jié)果見表2所示。根據(jù)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，其中主要超差較大的傷害指標(biāo)為：

①Y0～Y500區(qū)域，T1、T2傷害指標(biāo)數(shù)值超差大；

②Y200～Y500區(qū)域，ACL、MCL傷害指標(biāo)數(shù)值超差大。

3 碰撞模型的建立

3.1 簡化碰撞模型

柔性腿型碰撞試驗中，對于前保險杠系統(tǒng)和車輛前端結(jié)構(gòu)碰撞模型來說，主要起支撐作用的為上部支撐（機(jī)罩、前格柵、上骨架、上橫梁）、吸能塊（防撞梁）、小腿骨架（下橫梁）。

因此，為了分析前保險杠結(jié)構(gòu)布置尺寸與碰撞傷害指標(biāo)的相關(guān)關(guān)系，將前保險杠系統(tǒng)碰撞模型簡化為如圖3所示，其中：

①上部支撐區(qū)域模型簡化為彈簧K1；

②吸能塊區(qū)域模型簡化為彈簧K2；

③前保險杠小腿支撐骨架區(qū)域模型簡化為彈簧K3。

根據(jù)CAE碰撞過程分析，在最大侵入狀態(tài)時，柔性腿型變形最為嚴(yán)重，此時T1～T4、MCL、ACL接近峰值。

如圖4，設(shè)最大侵入狀態(tài)彈簧K1、K2、K3壓縮量分別為x1、x2、x3，設(shè)腿型總重量為m。

②如圖8所示，降低前保險杠小腿支撐骨架布置高度（降低量約15mm）；前保險杠小腿支撐骨架料厚減薄（t3.0mm→t1.5mm）；Y200～Y500區(qū)域小腿支撐骨架前部端點朝車前延長（端部最大延長量約60mm）。

通過CAE仿真計算，優(yōu)化方案的柔性腿型碰撞結(jié)果見表3所示。結(jié)果表明，改善方案降低了行人保護(hù)柔性腿型碰撞傷害指標(biāo)數(shù)值，達(dá)到了性能優(yōu)化設(shè)計要求。

5 總結(jié)

本文通過對行人保護(hù)柔性腿碰撞建立簡化數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過理論推導(dǎo)得到行人保護(hù)各評價項的影響參數(shù)?；谀耻囆偷腃AE仿真結(jié)果，提出針對性的優(yōu)化方案，最終通過CAE的仿真結(jié)果驗證了優(yōu)化方案的可行性。以上方法為改進(jìn)行人保護(hù)柔性腿型碰撞的車輛前保險杠結(jié)構(gòu)提供了參考，也啟發(fā)更進(jìn)一步研究前保險杠結(jié)構(gòu)布置尺寸與柔性腿型碰撞傷害指標(biāo)的量化關(guān)系。

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