行人安全系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計

你是否有注意到，現(xiàn)代汽車的發(fā)動機都有塑料外殼（發(fā)動機罩），而且總體上比過去的發(fā)動機要平坦得多？


[圖片源自網(wǎng)絡(luò)]

其實這樣做是有原因的：發(fā)動機罩的硬脊梁和平頂?shù)慕M合，可以在發(fā)生撞擊時，有效地防止發(fā)動機的突起穿透引擎蓋。這些特性，其本質(zhì)上是車輛安全系統(tǒng)的一部分。當車輛撞到行人時，發(fā)動機罩防止載荷作用集中在一個小區(qū)域上（防止硬點接觸），可以將嚴重傷害或潛在生命威脅的風險降到最低。

然而，這只是部分可見的行人安全保護設(shè)計，對于復(fù)雜的行人保護系統(tǒng)開發(fā)，則需要對整個安全系統(tǒng)進行嚴格地設(shè)計、測試，以及驗證。目前，在歐洲，這些安全系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計需要遵循Euro NCAP TB024準則。而國內(nèi)，行人保護安全系統(tǒng)的測試也將緊跟歐洲的步伐。

隨著Simcenter Madymo 2020.1的發(fā)布，西門子開發(fā)了一整套新的行人人體模型，滿足TB024 v2.0認證要求，用于行人保護安全系統(tǒng)的虛擬測試驗證。

行人的風險

汽車引擎蓋的設(shè)計不僅取決于發(fā)動機的尺寸，還受到審美和空氣動力學考慮的限制。在某些汽車設(shè)計中，這些考慮將對行人造成嚴重的損傷風險。當車輛撞到行人的時候，人往往會在車輛的前緣發(fā)生旋轉(zhuǎn)。這種情況下，頭部可能會隔著引擎蓋，撞擊到引擎蓋下的硬點，甚至可能沖擊到引擎蓋之后的車輛其他部位或擋風玻璃。這就需要考慮更多的安全性因素。

降低風險

解決上述問題，需要在發(fā)生撞擊時，將引擎蓋迅速向上彈起，以防止人的頭部撞擊到引擎蓋、或者最大限度地降低頭部到引擎蓋的沖擊力。

通過檢測碰撞的發(fā)生，并主動地將引擎蓋彈起，以增加引擎蓋和發(fā)動機硬點之間的距離，對降低不同身材尺寸的行人的損傷風險，是一個有效的解決方案。


[圖片源自網(wǎng)絡(luò)]

這種主動彈起式引擎蓋作為一種安全保護裝置，在歐洲的應(yīng)用已經(jīng)非常普遍，其設(shè)計測試準則已經(jīng)成為Euro NCAP的一部分。對于每一款新車，這個安全系統(tǒng)都需要使用不同大小的行人，在不同速度下通過驗證。此外，汽車主機廠希望在開發(fā)早期，能驗證這些設(shè)計特征的安全性，以最小化開發(fā)后期的模型分析關(guān)鍵階段進行重大設(shè)計更改的風險。因此，需要進行許多嘗試：各種不同的汽車設(shè)計、行人模型和碰撞速度。理想情況下，主機廠希望在生產(chǎn)第一個完整的原型車之前運行這些測試。

而現(xiàn)在可以使用“數(shù)字雙胞胎”：只需通過仿真計算，就能有效地研究這些安全系統(tǒng)的設(shè)計變量。

對汽車安全工程師來說，另一個非常重要的好處就是：所有這些虛擬仿真都完成后，詳細記錄的仿真結(jié)果在整個安全標準測試中都是有效的，并用于評級和認證。

以前的安全標準

自2018年以來，主機廠已經(jīng)能夠按照Euro NCAP TB013標準，通過計算機模擬主動彈起式引擎蓋安全系統(tǒng)的驗證。如果仿真結(jié)果不符合標準，Euro NCAP會在未起爆引擎蓋安全系統(tǒng)的情況下來測試車輛行人保護的安全性，在這種情況下，車輛不能滿足行人保護安全標準的風險就會大大增加。

更新后的安全標準

Euro NCAP最近發(fā)布了“TB024” 技術(shù)公告，對使用計算機仿真時必須滿足的標準做了增補。標準涵蓋各個方面，包括如何在軟件中使用人體模型(HBM)，如HBM的使用參考點，準確性和可重復(fù)性。此外，所有認可的模型必須是使用相同的、最先進的模型，尤其是不同預(yù)定義的車輛模型、不同碰撞速度的仿真認證。下圖顯示了一個示例。當行人模型在汽車引擎蓋上運動時，頭部、胸部和臀部的運動軌跡必須保持在曲線的陰影區(qū)域內(nèi)。



滿足新標準的開發(fā)工具軟件

西門子最近發(fā)布了Simcenter Madymo 2020.1版本，其中包括一個新的行人模型系列：代表大身材95%男性、中等身材50%男性、5%女性和6歲兒童的行人人體模型，都是按照TB024標準要求進行驗證的。



該系列行人模型的幾何形狀和碰撞響應(yīng)都已經(jīng)過驗證并滿足TB024 v2.0認證要求，是使用LS-Dyna及Radioss通用車輛模型撞擊Simcenter Madymo行人模型的耦合仿真進行的認證。此外，所有碰撞場景的應(yīng)用模型，在Simcenter Madymo的appl目錄下以一個整潔的文件夾結(jié)構(gòu)的方式提供給用戶，支持LS-Dyna和Radioss用戶在運行和評估其仿真模型的時候使用。






隨著Simcenter Madymo 2020.1新版本的發(fā)布，我們在優(yōu)化車輛行人安全系統(tǒng)、拯救生命方面又向前邁進了一步。