基于行人保護(hù)性能的車輛頭型試驗(yàn)區(qū)域共性吸能結(jié)構(gòu)分析

曹建驍 畢騰飛 張文超

摘? 要：隨著2018版C-NCAP行人保護(hù)考核的加入，行人保護(hù)正向開發(fā)已經(jīng)被多個(gè)主機(jī)廠關(guān)注。國(guó)外全球性法規(guī)《GTR 9》，歐盟《ECE R127》，EURO-NCAP等對(duì)行人保護(hù)性能有明確要求。對(duì)于我國(guó)的自主企業(yè)，其車身結(jié)構(gòu)還處于跟隨模仿的階段，因此對(duì)于合理的吸能結(jié)構(gòu)分析具有很重要的意義。企業(yè)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)按照車型定義會(huì)形成架構(gòu)平臺(tái)，掌握行保頭型的共性吸能結(jié)構(gòu)，有利于提升結(jié)構(gòu)平臺(tái)性能水平，有利于降低研發(fā)費(fèi)用，縮短周期，同時(shí)為高指標(biāo)的得分策略提供基礎(chǔ)的技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：行人保護(hù);共性吸能結(jié)構(gòu);分析

中圖分類號(hào)：U270.2? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2019）07-0070-03

Abstract： With the addition of the 2018 version of C-NCAP pedestrian protection assessment， the forward development of pedestrian protection has been concerned by various mainframe factories. The international laws and regulations "GTR 9"， EU "ECE R127" and "EURO-NCAP" have clear requirements for pedestrian protection performance in foreign countries. For the independent enterprises in our country， the body structure is still in the stage of following imitation， so it is of great significance for the reasonable analysis of energy absorption structure. The structural design of an enterprise will form an architectural platform according to the definition of the vehicle type， and master the common energy absorption structure of the bank head type of pedestrian protection， which is conducive to improving the performance level of the structural platform， reducing the cost of research and development， and shortening the cycle. At the same time， it provides the basic technical support for the scoring strategy of high index.

Keywords： pedestrian protection; common energy absorption structure; analysis

1 概述

根據(jù)交通事故年報(bào)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，車輛刮撞行人導(dǎo)致死亡人數(shù)占交通事故總死亡人數(shù)比例呈現(xiàn)逐年上升趨勢(shì)。在道路交通中道路弱勢(shì)使用者占總死亡人數(shù)的50%，其中行人占比達(dá)到了22%，行人傷害研究已成為研究熱點(diǎn)。

2 行保頭型試驗(yàn)覆蓋區(qū)域分析

行人保護(hù)法規(guī)及C-NCAP考核區(qū)域主要由頭型考核區(qū)域和腿型考核區(qū)域構(gòu)成。其中法規(guī)以ECE R127為代表，頭型考核區(qū)域一般由前基準(zhǔn)線，側(cè)基準(zhǔn)線，后基準(zhǔn)線形成封閉區(qū)域向內(nèi)返82.5mm構(gòu)成，主要覆蓋車輛結(jié)構(gòu)為汽車罩蓋，如圖1、圖2所示，其中涉及到7個(gè)結(jié)構(gòu)件區(qū)域，如表1所示，圖3為結(jié)構(gòu)具體指示圖。2018版C-NCAP評(píng)價(jià)規(guī)程中，行人保護(hù)頭部考核區(qū)域由WAD1000、WAD2100和兩條機(jī)罩側(cè)面基準(zhǔn)線圍繞而成。

2.1 大燈結(jié)構(gòu)區(qū)域

行人保護(hù)涉及大燈結(jié)構(gòu)區(qū)域主要為兒童頭型沖擊考核，涉及到的主要結(jié)構(gòu)是為汽車發(fā)動(dòng)機(jī)罩總成，汽車前大燈、橡膠支撐塊、汽車大燈橫梁。

大燈結(jié)構(gòu)處結(jié)構(gòu)特征主要表征為：大燈為汽車外露機(jī)能件，除自身照明功能外，其安裝考慮其穩(wěn)健性，一般設(shè)計(jì)安裝點(diǎn)有三個(gè)點(diǎn)，主要布置為上部?jī)蓚€(gè)安裝點(diǎn)螺接連接大燈橫梁，下部安裝點(diǎn)布置在前端框架側(cè)立梁位置，除此之外，大燈設(shè)計(jì)安裝點(diǎn)還有布置在外側(cè)面與保險(xiǎn)杠連接塊上與翼子板、保險(xiǎn)杠形成聯(lián)接。發(fā)動(dòng)機(jī)罩總成在此處結(jié)構(gòu)為包邊結(jié)構(gòu)，其相鄰影響約束邊界有二：（1）中間鎖鉤機(jī)罩鎖連接;（2）橡膠支撐塊支撐機(jī)罩。

2.2 機(jī)罩鎖結(jié)構(gòu)區(qū)域

大燈結(jié)構(gòu)處結(jié)構(gòu)特征主要表征為：鎖鉤與機(jī)罩鎖連接在頭型沖擊方向上為硬點(diǎn)連接，對(duì)于鎖鉤本身還存在安裝點(diǎn)強(qiáng)度和疲勞要求，同時(shí)機(jī)罩表面在此處對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)罩外面存在較高抗凹性要求，因此行保頭型得分一般為棕色得分點(diǎn)區(qū)域。

2.3 翼子板安裝結(jié)構(gòu)區(qū)域

翼子板安裝結(jié)構(gòu)區(qū)域特征主要表征為：翼子板在此處結(jié)構(gòu)為折彎結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度偏高。翼子板螺栓連接翼子板安裝支架，一方面使A柱前段橫梁下沉，增加下部緩沖空間，二，降低翼子板本身此處結(jié)構(gòu)強(qiáng)度偏高造成的影響。結(jié)合對(duì)于頭型沖擊來(lái)說(shuō)設(shè)計(jì)支架，可有效地保證翼子板在此處實(shí)現(xiàn)潰縮吸能，但其自身要求支架強(qiáng)度不能過(guò)弱，設(shè)計(jì)開發(fā)人員應(yīng)保證兩者的平衡協(xié)調(diào)。

2.4 鉸鏈結(jié)構(gòu)區(qū)域

鉸鏈結(jié)構(gòu)區(qū)域特征主要表現(xiàn)為：鉸鏈一般要保證開啟的強(qiáng)度穩(wěn)定性，開閉的耐久性，制造采用2.5mm或3.0mm的厚度，因此傳統(tǒng)制造鉸鏈強(qiáng)度很高沖擊吸能性差。同時(shí)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)罩與鉸鏈安裝為螺栓與凸焊螺母鏈接，壓縮了機(jī)罩內(nèi)部初始變形吸能空間。因此對(duì)于鉸鏈區(qū)域目前HIC傷害值均在2000以上，屬于失分區(qū)域。

2.5 發(fā)動(dòng)機(jī)艙結(jié)構(gòu)區(qū)域

發(fā)動(dòng)機(jī)艙結(jié)構(gòu)區(qū)域特征主要表現(xiàn)為：機(jī)艙受空間制約，在完成總布置后，對(duì)于沖擊點(diǎn)距離下部機(jī)艙硬點(diǎn)過(guò)小，沖擊吸能緩沖距離過(guò)小，因此導(dǎo)致HIC傷害值偏大。該類情況主要集中在小型SUV及轎車上。對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)罩內(nèi)外板總成，在滿足硬點(diǎn)距離的要求進(jìn)行，局部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度調(diào)整，可有效降低平均傷害值。

2.6 玻璃結(jié)構(gòu)區(qū)域

玻璃結(jié)構(gòu)區(qū)域一般為成人頭考核區(qū)域。玻璃考核區(qū)域分為不考核的默認(rèn)綠色區(qū)域和除豁免考核的劃線內(nèi)區(qū)域。玻璃默認(rèn)綠區(qū)域?yàn)榧臃謪^(qū)域，在設(shè)計(jì)中也是要盡量加大該區(qū)域，有利于得分的提高。玻璃下沿搭接區(qū)域，為HIC傷害值高的區(qū)域。

玻璃下沿搭接區(qū)域，主要為玻璃膠粘在流水槽鈑金上，考慮NVH及耐久工況，支撐鈑金結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)強(qiáng)度不能偏低，否則造成玻璃異響振動(dòng)損傷等后期影響。該區(qū)域主要考慮為流水槽鈑金設(shè)計(jì)，改變支撐位置及支撐形式，有效的調(diào)整吸能空間及支撐強(qiáng)度，降低傷害值。

2.7 雨刮器結(jié)構(gòu)區(qū)域

雨刮器為行人保護(hù)頭型必考核區(qū)域，雨刮器為強(qiáng)度高的硬質(zhì)鈑金結(jié)構(gòu)，因此雨刮器得分偏低。雨刮器難點(diǎn)主要集中在雨刮軸位置，距離空間小且為硬點(diǎn)結(jié)構(gòu)。

雨刮器結(jié)構(gòu)區(qū)域特征主要表現(xiàn)為兩種，一種設(shè)計(jì)為內(nèi)藏式雨刮，第二種為外漏式。對(duì)于硬點(diǎn)部位主要為電機(jī)轉(zhuǎn)軸位置，涉及結(jié)構(gòu)為雨刮安裝支架。此外現(xiàn)行設(shè)計(jì)中出現(xiàn)潰縮式雨刮軸結(jié)構(gòu)，配合支架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度調(diào)整，可以達(dá)到預(yù)期得分值。

3 頭型沖擊共性結(jié)構(gòu)分析

根據(jù)以上的理論分析可以得到，實(shí)際結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)該保證第一次碰撞中加速度不能過(guò)高，控制峰值加速度，同時(shí)保證下部有效空間第二次碰撞為加速度降低。但是當(dāng)實(shí)際結(jié)構(gòu)無(wú)法保證理想波形設(shè)計(jì)的時(shí)候要從具體區(qū)域位置結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行設(shè)計(jì)，降低惡劣區(qū)域HIC傷害值盡可能的提高頭型得分值，下面從頭型沖擊典型結(jié)構(gòu)區(qū)域進(jìn)行描述該區(qū)域結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。

3.1 大燈結(jié)構(gòu)區(qū)域共性結(jié)構(gòu)

大燈結(jié)構(gòu)區(qū)域結(jié)構(gòu)空間小，且機(jī)罩蓋與燈搭接處也是收縮包邊位置，因此，此處設(shè)計(jì)為大燈懸臂設(shè)計(jì)比較合理，同時(shí)機(jī)罩邊界也為懸臂點(diǎn)區(qū)域，對(duì)于支撐點(diǎn)位置可以詳細(xì)設(shè)計(jì)，降低大燈傷害值。共性吸能結(jié)構(gòu)如圖4。

但是此種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一定要結(jié)合大燈穩(wěn)健性設(shè)計(jì)，同時(shí)保證耐久試驗(yàn)后大燈不會(huì)發(fā)生下垂位移，造成外觀間隙不均勻從而引起產(chǎn)品質(zhì)量抱怨。

3.2 機(jī)罩鎖結(jié)構(gòu)區(qū)域共性結(jié)構(gòu)

對(duì)于機(jī)罩硬點(diǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一般采用兩種方式調(diào)整布置位置和做成可壓潰式鎖結(jié)構(gòu)，其中考慮成本，共性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一般采用調(diào)整布置方式，一種是鎖布置在Y0靠后的位置或是在兩側(cè)布置鎖。具體的方案圖如圖5所示。

3.3 翼子板安裝結(jié)構(gòu)區(qū)域共性結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)翼子板直接螺接在前段大梁上，對(duì)于此處結(jié)構(gòu)配合外觀造型分封線位置，進(jìn)行調(diào)整減小局部剛度。對(duì)于此處結(jié)構(gòu)，常規(guī)設(shè)計(jì)方法有二：一為翼子板安裝點(diǎn)調(diào)整為幾字型鈑金支架，進(jìn)行卡扣卡接或者螺栓聯(lián)接;二、翼子板安裝點(diǎn)調(diào)整為懸臂式鈑金支架安裝。對(duì)于兩種結(jié)構(gòu)在空間滿足的情況下采用第二種結(jié)構(gòu)更優(yōu)，因?yàn)閼冶劢Y(jié)構(gòu)對(duì)于沖擊來(lái)說(shuō)能保證下部更多的吸能空間（如圖6）。

同時(shí)可以看出，為了更好控制第一加速度，保證緩沖空間，協(xié)調(diào)安裝點(diǎn)的剛度和耐久，多數(shù)結(jié)構(gòu)都會(huì)在幾字型支架上做相應(yīng)開孔調(diào)整結(jié)構(gòu)剛度，而懸臂型結(jié)構(gòu)對(duì)車輛空間大的車型更適用一些。

3.4 鉸鏈結(jié)構(gòu)區(qū)域共性結(jié)構(gòu)

鉸鏈一般本身材質(zhì)厚度偏大，對(duì)于其自身的耐久和強(qiáng)度要求比其他部件高。除了前述的將鉸鏈最高硬點(diǎn)設(shè)計(jì)到考核區(qū)域以外的方法外，同時(shí)鉸鏈自身結(jié)構(gòu)可以進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)（圖7）。

這兩種結(jié)構(gòu)，其實(shí)都在降低頭型沖擊時(shí)的第一加速度，第一個(gè)為鉸鏈下合頁(yè)，進(jìn)行折彎導(dǎo)向，利于鉸鏈整體向下變形降低傷害值，第二種主要是采用下合頁(yè)整體厚度強(qiáng)度降低，加裝輔助支架進(jìn)行下部加強(qiáng)，同樣可有效的保證吸能效果，兩者比較，第二種結(jié)構(gòu)方式結(jié)構(gòu)偏輕，但是更多的可以性能提升，對(duì)于設(shè)計(jì)師提出更高綜合性能要求。

3.5 發(fā)動(dòng)機(jī)艙結(jié)構(gòu)區(qū)域共性結(jié)構(gòu)

發(fā)動(dòng)機(jī)艙在布置設(shè)計(jì)中首先保證設(shè)計(jì)目標(biāo)值，空間距離80mm以上，對(duì)于結(jié)構(gòu)調(diào)整主要是調(diào)整結(jié)構(gòu)剛度，使更多的目標(biāo)點(diǎn)考核中得到綠色和黃色。發(fā)動(dòng)機(jī)艙主要影響結(jié)構(gòu)為機(jī)艙內(nèi)板設(shè)計(jì)，外造型基本上大平面設(shè)計(jì)，僅僅在特征線會(huì)有變化。對(duì)于機(jī)罩內(nèi)板主要設(shè)計(jì)目標(biāo)是整體剛度一致性好平滑過(guò)渡，避免出現(xiàn)結(jié)構(gòu)急劇過(guò)渡變化的地方。為了設(shè)計(jì)均勻的發(fā)動(dòng)機(jī)罩結(jié)構(gòu)，大型車采用蜂窩狀或者網(wǎng)格狀設(shè)計(jì)，或者是段差大的地方采用緩沖過(guò)渡（圖8）。

3.6 玻璃結(jié)構(gòu)區(qū)域共性結(jié)構(gòu)

玻璃結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要集中在下部打膠支撐結(jié)構(gòu)，因?yàn)椴Ａ榈谝唤佑|并撞擊點(diǎn)，玻璃整體碎裂承受部分的第一加速度阻力值，對(duì)于下部支撐前圍板上部鈑金在支撐玻璃時(shí)主要表現(xiàn)為支撐鈑金調(diào)整強(qiáng)度，主要方法為結(jié)構(gòu)調(diào)整。對(duì)于玻璃下沿結(jié)構(gòu)主要為封閉口型結(jié)構(gòu)，所以此處結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)一般為改變各個(gè)鈑金部件的搭接及結(jié)構(gòu)，以便調(diào)整在頭型沖擊方向上，降低支撐的剛度，可以降低頭型在此處的失分。

3.7 雨刮器結(jié)構(gòu)區(qū)域共性結(jié)構(gòu)

雨刮器結(jié)構(gòu)區(qū)域主要設(shè)計(jì)為安裝支架潰縮吸能和雨刮軸潰縮力涉及，目前博世已經(jīng)有成熟方案，主要壓潰力在1500N-2000N這個(gè)設(shè)計(jì)區(qū)間。此處不在進(jìn)行結(jié)構(gòu)描述。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文主要對(duì)當(dāng)前的行人保護(hù)頭型試驗(yàn)區(qū)域，車輛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)共性結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析。為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了指導(dǎo)性的設(shè)計(jì)參考意見，為行人保護(hù)頭型試驗(yàn)各區(qū)域的得分奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]中國(guó)汽車技術(shù)研究中心有限公司.GB/T 24550-2009.汽車對(duì)行人的碰撞保護(hù)[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2010.

[2]喬維高，朱西產(chǎn).行人與汽車碰撞中頭部傷害與保護(hù)的研究[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2006，37（9）：29-31.