徐夢(mèng)飛

摘 要：在開(kāi)發(fā)某車型時(shí)，參考2018版中國(guó)新車評(píng)價(jià)規(guī)程（C-NCAP）中柔性小腿（Flex-PLI）碰撞規(guī)則，運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）技術(shù)，對(duì)其前端保險(xiǎn)杠結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化?；谇岸伺鲎材Ｐ偷暮?jiǎn)化模型，分析了前保險(xiǎn)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(guò)CAE仿真分析驗(yàn)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(xiǎn)杠結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了參考。

關(guān)鍵詞：行人保護(hù)；碰撞試驗(yàn)；柔性腿；前保險(xiǎn)杠

中圖分類號(hào)：U491.61 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(kāi)發(fā)的重要內(nèi)容之一。車輛前保險(xiǎn)杠系統(tǒng)的造型、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)直接影響行人保護(hù)小腿碰撞安全性能。

歐盟新車評(píng)價(jià)規(guī)程（E-NCAP）在2014年將行人保護(hù)安全評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)方法有很大更新。

中國(guó)新車評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)內(nèi)容，其中行人保護(hù)保護(hù)下腿型碰撞試驗(yàn)評(píng)價(jià)采用Flex-PLI柔性腿型。

1 行人保護(hù)柔性腿評(píng)價(jià)方法

1.1 行人柔性腿型碰撞試驗(yàn)方法

試驗(yàn)區(qū)域劃分——保險(xiǎn)杠兩個(gè)角點(diǎn)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(gè)區(qū)域中較大的區(qū)域作為腿型試驗(yàn)區(qū)域。

試驗(yàn)點(diǎn)選取——由中點(diǎn)或中點(diǎn)左側(cè)第一個(gè)點(diǎn)開(kāi)始，選擇車輛單側(cè)的所有間隔點(diǎn)開(kāi)展試驗(yàn)。

試驗(yàn)要求——腿型沖擊器按要求位置擺放后以40Km/h相對(duì)速度沖擊車輛前端。

1.2 柔性腿碰撞傷害評(píng)價(jià)指標(biāo)

柔性腿型評(píng)價(jià)指標(biāo)分為韌帶伸長(zhǎng)量和脛骨彎矩：

韌帶伸長(zhǎng)量包括前十字韌帶伸長(zhǎng)量（ACL）、后十字韌帶伸長(zhǎng)量（PCL）、內(nèi)側(cè)副韌帶伸長(zhǎng)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(diǎn)總分1分為兩部分，小腿的彎矩占0.5分，取四個(gè)彎矩值中最差的一個(gè)進(jìn)行評(píng)價(jià)，基于高、低性能限值通過(guò)線性差值法來(lái)計(jì)算得分，膝部韌帶的伸長(zhǎng)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(guò)線性差值法計(jì)算得出。所有碰撞點(diǎn)總分和除以碰撞點(diǎn)數(shù)量得出得分百分比。將百分比乘以3，即為該腿型試驗(yàn)最終得分。

柔性腿型傷害值限值及評(píng)分方法見(jiàn)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(xiǎn)杠系統(tǒng)與車輛前端結(jié)構(gòu)碰撞模型。

通過(guò)CAE仿真計(jì)算，初始方案的柔性腿型碰撞結(jié)果見(jiàn)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(jiǎn)化碰撞模型

柔性腿型碰撞試驗(yàn)中，對(duì)于前保險(xiǎn)杠系統(tǒng)和車輛前端結(jié)構(gòu)碰撞模型來(lái)說(shuō)，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(xiǎn)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(xiǎn)杠系統(tǒng)碰撞模型簡(jiǎn)化為如圖3所示，其中：

①上部支撐區(qū)域模型簡(jiǎn)化為彈簧K1；

②吸能塊區(qū)域模型簡(jiǎn)化為彈簧K2；

③前保險(xiǎn)杠小腿支撐骨架區(qū)域模型簡(jiǎn)化為彈簧K3。

根據(jù)CAE碰撞過(guò)程分析，在最大侵入狀態(tài)時(shí)，柔性腿型變形最為嚴(yán)重，此時(shí)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(xiǎn)杠小腿支撐骨架布置高度（降低量約15mm）；前保險(xiǎn)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(diǎn)朝車前延長(zhǎng)（端部最大延長(zhǎng)量約60mm）。

通過(guò)CAE仿真計(jì)算，優(yōu)化方案的柔性腿型碰撞結(jié)果見(jiàn)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(jì)要求。

5 總結(jié)

本文通過(guò)對(duì)行人保護(hù)柔性腿碰撞建立簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過(guò)理論推導(dǎo)得到行人保護(hù)各評(píng)價(jià)項(xiàng)的影響參數(shù)?；谀耻囆偷腃AE仿真結(jié)果，提出針對(duì)性的優(yōu)化方案，最終通過(guò)CAE的仿真結(jié)果驗(yàn)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(xiǎn)杠結(jié)構(gòu)提供了參考，也啟發(fā)更進(jìn)一步研究前保險(xiǎn)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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