行人保護小腿碰撞分析

常尊輝，李華香，史建鵬

（東風汽車公司 技術中心，武漢 430058）

以往汽車設計時，往往只考慮車輛對乘員的保護程度，而忽略了對行人等弱勢群體的保護。隨著社會和汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，對行人等弱勢群體的保護越來越受到重視，各國相繼出臺了行人保護法規(guī)，加強對行人等弱勢群體的保護。我國在2009年出臺了行人保護法規(guī) GBT24550-2009［1］，目前雖然屬于推薦性標準，但未來實施的可能性很大。因此，在車型開發(fā)的早期及時開展相關仿真分析有助于降低風險，是非常有必要的。

本文以某車型為例，建立了行人保護小腿碰撞分析有限元模型，并進行了仿真分析；根據分析結果，提出了相應的改進措施，使得該車型滿足行人保護小腿碰撞法規(guī)要求。

1 GBT行人保護小腿碰撞評價指標

在GBT中，行人保護小腿碰撞評價指標有：小腿加速度、膝部彎曲角及膝部剪切位移，其碰撞評價指標如表1所示。

表1 行人保護小腿碰撞評價指標

2 行人保護分析模型建立

2.1 車輛模型建立

用于行人保護碰撞仿真分析的車輛模型只需要車輛的前半部分，包括發(fā)動機罩蓋、防火墻及其之前的部分、發(fā)動機艙內部的各種附件及前懸架等結構。一般截取B柱以前的車輛結構作為仿真用模型。車輛網格模型在hypermesh中建立，主要進行網格劃分和網格模型檢查，模型的設置主要在PAMCRASH中進行。圖1所示為建立的某車型行人保護有限元分析模型。

2.2 行人保護小腿模型

小腿沖擊器采用ESI公司設計的小腿模型，由兩個外覆泡沫的剛性件組成。沖擊器總長為926±5 mm，質量為 13.4±0.2 kg，如圖 2 所示。

2.3 小腿碰撞區(qū)域劃分

根據GBT腿部碰撞區(qū)域劃分規(guī)則，行人保護腿部碰撞區(qū)域由保險杠角、保險杠上部基準線和保險杠下部基準線組成，該車型小腿碰撞區(qū)域劃分結果如圖3所示。

2.4 碰撞位置的選擇

GBT中要求選擇最容易對行人小腿造成傷害的點作為試驗點，一般選擇車輛中間位置、前縱梁處以及保險杠邊緣的點作為目標點。車輛中間點位置碰撞角度最小，小腿容易產生彎曲變形；前縱梁處結構剛度比較大，小腿容易產生較大的加速度；保險杠邊緣泡沫比較少，容易對小腿造成傷害，該車型所選擇的碰撞位置如圖4所示。

2.5 約束及載荷處理

GBT中要求：被切割的車身應牢固地安放在支撐架上；小腿沖擊方向應平行于車輛縱向垂直平面；小腿與保險杠第一接觸時刻，小腿底部應位于地面基準平面25 mm。仿真分析中，模型約束及載荷處理如圖5所示。

1）約束車輛截面處六個方向的自由度。

2）對小腿模型沿X向施加40 km/h的速度載荷。

3）小腿模型下端距地面基準平面25 mm。

3 仿真分析結果

利用PAMCRASH求解器進行計算，所選擇碰撞點的計算結果如表2所示。

表2 仿真分析結果

由分析結果可以看出，碰撞位置1膝部彎曲角已經超出法規(guī)要求的限值，碰撞位置2膝部彎曲角也比較大，接近法規(guī)限值，存在風險。由圖6及圖7可以看出，車輛上端前保險杠中間支架結構較弱，小腿上部缺乏足夠的支撐。

4 優(yōu)化改進分析

根據原方案（見圖8）的分析結果，提出加強車輛上端前部保險杠中間支架結構的剛度，為小腿提供支撐，減小小腿彎曲程度，新方案如圖9所示。

更改前部保險杠中間支架結構，優(yōu)化前后分析結果對比如表3所示。

表3 優(yōu)化前后分析結果對比

由分析結果可以看出，小腿加速度略微有所增加，膝部彎曲角和膝部剪切位移均有所減小，膝部彎曲角滿足法規(guī)要求。優(yōu)化前后車輛上端變形如圖10、圖11所示，可以看出，車輛上部結構變形較原方案有所減小。

5 結論

本文以某車型為例，建立了行人保護小腿碰撞分析有限元模型，并進行了仿真分析；根據分析結果，提出了相應的改進措施，使該車型滿足行人保護小腿碰撞法規(guī)要求。

［1］GBT24550-2209，汽車對行人的碰撞保護［S］。