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某車(chē)型行人保護(hù)頭型碰撞仿真與試驗(yàn)對(duì)比分析

2020-09-24 22:42:20·  來(lái)源：天津汽車(chē)研究所  
　
摘要行人保護(hù)仿真分析精度是直接影響到C-NCAP（2018年版）最后得的重要數(shù)值。文章基于CAE技術(shù)，對(duì)某車(chē)型發(fā)動(dòng)機(jī)罩特征區(qū)域進(jìn)行行人保護(hù)頭部沖擊仿真分析，并與試
摘要
行人保護(hù)仿真分析精度是直接影響到C-NCAP（2018年版）最后得的重要數(shù)值。文章基于CAE技術(shù)，對(duì)某車(chē)型發(fā)動(dòng)機(jī)罩特征區(qū)域進(jìn)行行人保護(hù)頭部沖擊仿真分析，并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。得出仿真和試驗(yàn)的頭部加速度曲線基本一致,且80%試驗(yàn)點(diǎn)頭部傷害值誤差均小于10%，滿足仿真分析精度要求。由此可推斷，該行人保護(hù)模型可用于后續(xù)結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)與優(yōu)化分析。
 
人車(chē)混合交通是我國(guó)目前城市交通的主要特征之一，隨著每年汽車(chē)保有量的增加，交通事故問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重。據(jù)CIDAS數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)道路交通事故中約有20%的交通事故傷亡為行人，其中兒童和老人的風(fēng)險(xiǎn)最大。行人保護(hù)問(wèn)題顯得日益重要，且在交通事故中，頭部是最容易受傷部位之一。隨著法規(guī)和C-NCAP（2018年版）的出臺(tái)和更新，越來(lái)越多的主機(jī)廠將行人保護(hù)列為車(chē)型開(kāi)發(fā)的重要性能之一。目前，所測(cè)試車(chē)輛顯示，車(chē)輛對(duì)腿部碰撞性能保護(hù)較優(yōu)異，對(duì)頭部碰撞性能保護(hù)較差。文章主要針對(duì)頭部碰撞性能，建立某車(chē)型行人保護(hù)仿真模型，并結(jié)合試驗(yàn)，對(duì)比分析仿真分析結(jié)果，驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性和仿真精度，用于后續(xù)結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)和優(yōu)化。
 
01 行人保護(hù)仿真模型介紹
 
1.1 有限元模型
按照C-NCAP（2018年版）試驗(yàn)規(guī)程，頭部沖擊仿真計(jì)算次數(shù)大都超過(guò)100次，為了提高計(jì)算效率，在保留關(guān)鍵部件（鉸鏈安裝螺栓、蓄電池、繼電器、機(jī)蓋緩沖塊）的前提下，往往將整車(chē)CAD數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)化。通過(guò)分析試驗(yàn)中車(chē)身的狀態(tài)，可以得到對(duì)頭部沖擊傷害值（HIC）影響較大的結(jié)構(gòu)主要是車(chē)輛前端，這里取車(chē)輛前端數(shù)據(jù)進(jìn)行模型搭建。
 
在車(chē)身后端截面處和懸架位置施加6個(gè)自由度全約束，根據(jù)試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行頭型定位，應(yīng)用關(guān)鍵字“ConTACT AUTOMATIC SURFACE TO SURFACE”定義頭型與發(fā)動(dòng)機(jī)罩的接觸關(guān)系。圖1示出該車(chē)型行人保護(hù)有限元模型，表1示出頭型加載速度、沖擊角度和求解時(shí)間。
1.2 試驗(yàn)點(diǎn)選取
為了更加全面地了解該車(chē)機(jī)蓋不同區(qū)域的頭部沖擊傷害值（HIC），需要在機(jī)蓋的不同區(qū)域，選取試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)點(diǎn)。機(jī)蓋區(qū)域主要分為機(jī)蓋鉸鏈區(qū)域、機(jī)蓋鎖區(qū)域、通風(fēng)飾板上方區(qū)域、機(jī)蓋中心區(qū)域，以及有可能與機(jī)艙中零部件接觸的區(qū)域（比如蓄電池、繼電器等）等。根據(jù)以上原則，該車(chē)選取10個(gè)對(duì)標(biāo)試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)點(diǎn)，其中成人頭型碰撞區(qū)域?yàn)?個(gè)（A1~A3），兒童頭型碰撞區(qū)域?yàn)?個(gè)（C1~C7），如圖2所示。表2示出各個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)選取的具體原則。
02 試驗(yàn)對(duì)標(biāo)分析
 
2.1 頭型沖擊試驗(yàn)
進(jìn)行行人保護(hù)頭型沖擊試驗(yàn)前，需根據(jù)C-NCAP（2018年版）對(duì)整車(chē)進(jìn)行配重以及測(cè)量等，如表3所示。從表3中可以看到，試驗(yàn)車(chē)輛狀態(tài)滿足試驗(yàn)要求，試驗(yàn)結(jié)果可以用于與仿真結(jié)果的對(duì)比分析。
 
2.2 對(duì)比分析
根據(jù)C-NCAP（2018年版），通過(guò)碰撞過(guò)程中頭型3個(gè)方向的加速度，計(jì)算出行人保護(hù)頭部傷害值（HIC）來(lái)評(píng)價(jià)車(chē)輛對(duì)行人頭部的碰撞保護(hù)性能，HIC15的計(jì)算如下：
 
從式（1）和式（2）可以得到與頭部傷害HIC15有關(guān)的因素包含加速度AR和時(shí)間域（t2-t1），其中加速度影響成指數(shù)關(guān)系，影響較大。文章將分別以頭部傷害值精度和加速度曲線精度來(lái)對(duì)各個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比分析，其中曲線精度采用加權(quán)綜合因子方法（WIF）進(jìn)行評(píng)價(jià)，圖3示出各個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)頭部加速度曲線對(duì)比結(jié)果。
 
從圖3可以得到，仿真得到的曲線與試驗(yàn)曲線趨勢(shì)基本一致。表4示出除了機(jī)蓋鎖區(qū)域C5點(diǎn)外，其余各點(diǎn)的加速度曲線WIF值均大于80%。導(dǎo)致C5點(diǎn)值偏低的原因可能是由于機(jī)蓋鎖采用剛性簡(jiǎn)化連接，后期需對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證分析。
 
從表4可以得到，除了機(jī)蓋鉸鏈區(qū)域的HIC15（A1和A3），其余80%試驗(yàn)點(diǎn)的HIC15誤差均小于10%。從圖3a和圖3c可以看出，鉸鏈區(qū)域仿真曲線的波峰值比試驗(yàn)值大，圖4示出A1和A3點(diǎn)試驗(yàn)后機(jī)蓋變形，從圖4中可以看到，試驗(yàn)中機(jī)蓋外板被鉸鏈螺栓擊穿，使試驗(yàn)加速度峰值比仿真值低，而仿真中未考慮材料失效對(duì)頭型加速度的影響，從而導(dǎo)致HIC15誤差超出10%。
 
 
3 結(jié)論
 
文章通過(guò)搭建某車(chē)型行人保護(hù)模型，在機(jī)罩不同區(qū)域選取試驗(yàn)點(diǎn)，并根據(jù)C-NCAP（2018年版）試驗(yàn)要求，對(duì)其進(jìn)行了行人保護(hù)仿真分析。結(jié)合試驗(yàn)，對(duì)加速度曲線和HIC15進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果顯示，頭型加速度曲線基本一致，除了機(jī)蓋鉸鏈區(qū)域外，其余區(qū)域的HIC15誤差均小于10%，滿足開(kāi)發(fā)要求，可用于該車(chē)型后期行人保護(hù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化。
為了進(jìn)一步提高仿真分析精度，未來(lái)將在機(jī)蓋鉸鏈區(qū)域進(jìn)行材料失效仿真分析，并對(duì)機(jī)蓋鎖進(jìn)行詳細(xì)建模，使仿真分析能夠更好地應(yīng)用于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
 
作者：閆海濤 馮亞玲 劉 鵬
公眾號(hào)編輯：冷棘宇 胖 佶
來(lái)源：《汽車(chē)工程師》
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