基于行人保護(hù)的翼子板設(shè)計(jì)

撰文/上海汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心 榮輝 張鵬

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基于行人保護(hù)的翼子板設(shè)計(jì)

撰文/上海汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心 榮輝 張鵬

隨著行人保護(hù)法規(guī)的實(shí)施，翼子板設(shè)計(jì)需要更多考慮行人保護(hù)因素，尤其在翼子板造型可行性分析階段就要把行人保護(hù)考慮進(jìn)去。本文主要從造型，結(jié)構(gòu)等方面研究翼子板滿足行人保護(hù)法規(guī)的可行方法，同時為主機(jī)廠前期翼子板設(shè)計(jì)提供一定的參考。

一、引言

據(jù)統(tǒng)計(jì)在行人與車輛碰撞中，頭部、腿部與車輛前部的碰撞各占總碰撞數(shù)量的1/3。其中頭部傷害往往導(dǎo)致死亡，腿部傷害導(dǎo)致殘疾。故行人保護(hù)研究更加注重頭部保護(hù)。其中，翼子板與發(fā)蓋交界區(qū)域就是造成頭部嚴(yán)重傷害的部位之一，尤其是近幾年隨著行人保護(hù)法規(guī)的實(shí)施，如何合理的對翼子板這個區(qū)域進(jìn)行合理設(shè)計(jì)以減少對頭部的傷害，進(jìn)而滿足行人保護(hù)法規(guī)的要求，則對設(shè)計(jì)人員提出了更高的要求。本文從造型，結(jié)構(gòu)兩方面對此區(qū)域設(shè)計(jì)進(jìn)行初步研究。

二、行人保護(hù)法規(guī)要求

根據(jù)GB/T24550規(guī)定發(fā)蓋成人頭型和兒童頭型測試區(qū)域由前緣基準(zhǔn)線，后基準(zhǔn)線和左右側(cè)基準(zhǔn)線組成，如圖1所示。側(cè)面基準(zhǔn)線定義：當(dāng)長700mm直尺平行于車輛橫向垂面且向內(nèi)傾斜45°，并保持與車輛前部結(jié)構(gòu)的側(cè)面相接觸時，直尺與側(cè)面最高接觸點(diǎn)所形成集合軌跡，如圖2所示。

法規(guī)規(guī)定至少三分之二的成人頭型和兒童頭型共同試驗(yàn)區(qū)域，頭部傷害指數(shù)HIC不大于1000，剩余區(qū)域的兩個頭型頭部傷害指數(shù)HIC值不大于1700。如果只有兒童頭型試驗(yàn)區(qū)域，三分之二以上的實(shí)驗(yàn)區(qū)域HIC值不大于1000，剩余區(qū)域HIC值不大于1700。

三、翼子板設(shè)計(jì)

從行人保護(hù)法規(guī)可以了解到，頭部傷害指數(shù)HIC值最高不能大于1700。在翼子板和發(fā)蓋側(cè)分縫線區(qū)域，由于翼子板剛度和強(qiáng)度都較高，頭部碰撞到此區(qū)域翼子板不易壓饋?zhàn)冃?，能量不易被分散，對頭部造成很大的傷害，HIC值一般都在2000以上，不能滿足法規(guī)的要求。

圖1

圖2

（1）翼子板和發(fā)蓋側(cè)分縫線處是HIC值比較高的區(qū)域，在造型分析階段，就建議造型設(shè)計(jì)人員劃分翼子板和發(fā)蓋分縫線時，盡量把此線調(diào)整到側(cè)面基準(zhǔn)線之外，即在頭部測試區(qū)域之外。如圖3所示，發(fā)蓋造型為蛤殼狀，翼子板側(cè)分縫線劃分在側(cè)面基準(zhǔn)線之外。圖4中的發(fā)蓋造型為插入式，翼子板側(cè)分縫線劃分在側(cè)基準(zhǔn)線之內(nèi)。

圖3

圖4

（2）受造型風(fēng)格限制，很多時候不能保證翼子板側(cè)分縫線都在側(cè)基準(zhǔn)線之外。但為了降低此區(qū)域頭部傷害值，可以把翼子板側(cè)分縫線盡可能向上調(diào)整，以增大側(cè)分縫線與Shotgun外板的Z向空間距離，從而使頭部碰撞時有更多的吸能空間。如圖5所示。

（3）除了設(shè)計(jì)前期通過造型調(diào)整這一措施外，設(shè)計(jì)人員有時也通過更改翼子板材料以達(dá)到降低頭部傷害值目的，如選用鋁合金翼子板。但從對我司一款車型仿真分析表明，更換材料除了對翼子板減重有利外，對行人保護(hù)沒有太大的改善。圖6所示為不同材料翼子板仿真分析模型，分析結(jié)果如表所示，可以看出鋁合金為了保證翼子板面剛度，選用的料厚比鋼制要大，但在HIC值方面與鋼制材料相比沒有太大的改善。而且此區(qū)域翼子板結(jié)構(gòu)沒有進(jìn)行優(yōu)化，頭部傷害值都大于1700，不滿足行人保護(hù)法規(guī)要求。

圖5

圖6

表

（4）從翼子板結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行優(yōu)化以達(dá)到降低HIC值是目前翼子板主流設(shè)計(jì)方向。傳統(tǒng)翼子板翻邊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是豎直翻邊，這樣的結(jié)構(gòu)不利于碰撞能量的吸收，如圖7所示?？梢栽诜吔Y(jié)構(gòu)上增加臺階，如圖8所示。當(dāng)頭部碰撞此區(qū)域，此結(jié)構(gòu)對壓饋具有一定的導(dǎo)向作用，更容易吸收垂直方向的碰撞能量。

（5）當(dāng)翼子板分縫線離Shotgun外板Z向距離比較大時，一般超過35mm，需要增加支架以連接翼子板和Shotgun。翼子板支架作為翼子板設(shè)計(jì)一部分，在考慮其剛度同時還要更多考慮行人保護(hù)作用，通過選擇適當(dāng)?shù)牧虾?，材料和弱化結(jié)構(gòu)，使其吸收一定的能量的同時更易壓饋?zhàn)冃?。根?jù)項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)一般選擇支架料厚為0.8～1mm，材料牌號為DC56，如圖9所示，為一款觀致的車型，翼子板和Shotgun外板Z向距離比較大，約有65mm，在翼子板和Shotgun之間增加了幾字形支架，同時支架上面有弱化孔，保證在容易壓饋的同時有足夠變形空間。

（6）翼子板翻邊結(jié)構(gòu)除了增加臺階外，其翻邊結(jié)構(gòu)也可以做成分?jǐn)嗍降?。以我司一款車型為例，翻邊結(jié)構(gòu)分翼子板和翼子板支架兩部分，兩者之間通過鉚釘連接在一起，如圖10所示，當(dāng)受到頭部撞擊時，力沿著一部分翻邊豎直方向進(jìn)行傳遞，另一部分沿著翼子板表面向外傳遞，如圖11所示，當(dāng)豎直方向受到力達(dá)到鉚釘?shù)臉O限剪切強(qiáng)度時，鉚釘就會發(fā)生斷裂，如圖12所示。鉚釘斷裂后，翼子板由于失去支架支撐力，和支架發(fā)生相對獨(dú)立運(yùn)動。翼子板繼續(xù)發(fā)生塑性變形，且沿著支架滑動，同時促使支架向下發(fā)生彎曲變形。這樣沖擊能量被發(fā)蓋，翼子板和支架所吸收，減少對頭部傷害，如圖13所示。最后通過開軟模試制做行人保護(hù)試驗(yàn)，如圖14所示，頭部傷害指數(shù)HIC與傳統(tǒng)翼子板結(jié)構(gòu)對比下降50%，同時也順利通過行人保護(hù)法規(guī)，從而驗(yàn)證此結(jié)構(gòu)在行人保護(hù)方面可靠性。

圖7

圖8

圖9

圖10

圖11

圖12

圖13

圖14

四、其他考慮

上文提到翼子板翻邊增加臺階還要考慮沖壓可行性問題，在滿足沖壓前提下，盡可能去優(yōu)化。此外翻邊高度也要在滿足沖壓可行條件下確定，一般不超過35mm。

調(diào)整翼子板分縫線以增大與Shotgun外板Z向距離，但也不能無限向上提高以免影響顧客視野，當(dāng)然也可通過降低Shotgun外板的高度來增加變形空間，但也不能布置太低，因?yàn)镾hotgun內(nèi)外板是前碰傳力主要路徑，高度太低會影響能量的吸收。

考慮到車輛的使用者會倚靠在翼子板前側(cè)或低速碰撞時此區(qū)域具有一定吸能作用，故此區(qū)域還要求有一定的剛度，在設(shè)計(jì)時要綜合考慮行人保護(hù)和剛度兩個因素，如鉚釘?shù)募羟衅茐膹?qiáng)度需要選擇一個合理的值。

五、結(jié)語

隨著行人保護(hù)要求越來越高，對翼子板與發(fā)蓋相匹配區(qū)域的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也會提出更新更高的要求。為了有利于行人保護(hù)，此區(qū)域除了對翼子板進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)外，當(dāng)然也可以通過優(yōu)化發(fā)蓋內(nèi)板結(jié)構(gòu)，合理選擇發(fā)蓋包邊形式，合理布置發(fā)蓋緩沖塊位置，甚至采用主動式發(fā)蓋的方法以降低此處的頭部傷害值，但這由于不屬于本文闡述的范疇，在此不再贅述。