行人腿部保护汽车前部结构优化
行人保护法规对汽车设计开发的作用.docx
行人保护法规对汽车设计开发的作用随着近年来国内汽车保有量不断增加，更多的人开始驾驶私家车，也有更多人对驾驶存在一定的问题，目前国内的交通事故出现了一定程度的增长，这与我国汽车保有量不断增加有着间接联系。
行人在路上行走过程中，可能遇到车辆碰撞的情况也是时常发生。
每年我国行人与机动车出现碰撞之后，行人的死亡人数2万人左右，致残的人数在1.5万人左右，造成死亡的主要原因就是行人的头部、颈部等与车辆发生碰撞，致残的原因主要就是腿部及以下部分与车辆发生的碰撞。
因此，在进一步考虑驾乘人员的人身安全的同时，也需要在车辆的设计过程中，考虑到行人的安全问题，实现车辆设计更多的考虑到与车辆可能出现碰撞的行人的人身安全[1]。
不同国家就行人保护上有着不同的技术参数要求如表1：1我国行人保护法规的基本要求在我国，行人保护法规还在不断的完善和健全的过程中，主要针对行人腿部与车辆保险杠之间的碰撞及人的头部与车辆前盖之间的碰撞进行分类。
针对腿部的碰撞又进一步细分为大腿和小腿的碰撞，人的头部碰撞分为成人和儿童的头部之分。
针对不同情况下的车速和角度进行了严格规定，另外针对碰撞载荷、弯曲力矩、剪切位移、加速度等进行了进一步落实和规定。
这种细致的行人保护法规可以更好地实现对公路上行人的有效保护，在出现事故之后，对相关的责任认定有着更多详细的约束和要求。
在处理车辆驾驶员的责任界定的时候有了更多的依据，见表2。
2车辆设计过程中需要注意的主要问题分析针对现代国内的行人保护法规的具体要求，我们在车辆的设计过程中需要更多注重对路上行人的保护，保证他们在与车辆发生碰撞之后出现更小的伤害和威胁。
2.1造型设计的改进汽车与行人出现碰撞的主要部分主要在车辆的前部，这一部分的造型需要进一步考虑行人与汽车发生碰撞之后，对行人的最大保护[2]。
换句话说，在与行人可能出现碰撞的汽车部位进行相关硬度的降低，这样就可以有效保障行人在碰撞之后的身体安全。
例如，在前盖与车身之间的接缝处需要设计的问题就比较复杂，一方面这一部分是车辆两个部分之间连接处，需要有较好的配合度，同时在相关的硬度上有着一定的要求，另一方面这一部分也是车辆与行人可能发生碰撞的主要部分，需要进一步降低其结构上的硬度，从而保证行人在与车辆发生碰撞之后，有着更多的保证和措施。
基于行人腿部保护的商用车保险杠系统参数优化分析
基于行人腿部保护的商用车保险杠系统参数优化分析尚雯雯;郑松林;刘斌;黄晨晖;漆露霖【摘要】建立了某型商用车前部结构的有限元模型,基于GTR法规对行人腿部保护的规定,采用正交试验设计方法进行碰撞模拟试验及参数灵敏度分析,找出了影响商用车行人腿部保护性能的主要设计参数,并从结构和造型角度提出了改进此款车型腿部保护性能的方法.%A finite element model of a commercial vehicle front structure is established in this paper. Based on the GTR (Global Technical Regulation) of Pedestrian Protection on lower leg impact, through orthogonal experiment design, parameter sensitivity analysis and crash simulation test, the research found out the main design factors influencing pedestrian protection on leg impact, and proposed improvement suggestions on the point of structure and style.【期刊名称】《汽车技术》【年(卷),期】2012(000)007【总页数】5页(P22-26)【关键词】商用车;保险杠系统;参数优化;行人腿部保护;正交试验【作者】尚雯雯;郑松林;刘斌;黄晨晖;漆露霖【作者单位】上海理工大学;上海理工大学;上海汽车集团商用车技术中心;上海汽车集团商用车技术中心;上海汽车集团商用车技术中心【正文语种】中文【中图分类】U461.911 前言根据欧洲车辆安全委员会EEVC（European Enhanced Vehicle Committee）对行人伤害事故统计数据的分析结果，在行人与车辆的碰撞过程中，头部伤害和腿部伤害所占比例分别为31.3%和32.4%[1]，是行人保护研究的两个主要方向，而其中腿部伤害是最常见的行人伤害类型。
基于行人腿部碰撞保护的汽车前端设计
（上接第148页）
表1 MQRR 22项交付物
表2 MQRR评判标准
序号 English
中文
1
QualityStandards,StandardizedWorkandTraining 质量标准、标准化作业及
求解分为两个过程。第一个过程抑制安全气囊，模拟行人 腿部与保险杠的直接碰撞，第二过程对安全气囊解除抑制，模 拟有气囊保护情况下行人腿部与保险杠的碰撞。 3.6 结果分析
两次碰撞试验结果为：无安全气囊保护时，保险杠最大 变形为0.50 mm，最大正应力为1726.5 MPa，最大正应变为 9.23×10-3；有安全气囊保护时，保险杠最大变形为0.33 mm， 最大正应力为653.5 MPa，最大正应变为7.71×10-5。即有安全 气囊保护时，保险杠最大变形小，正应力小，总应变小。这说 明有安全气囊保护时保险杠受到的力减小，根据力的作用是相 互的，行人腿部在人车碰撞时受到的冲击力减小，即在保险杠 前增加安全气囊能够有效的保护行人腿部。
2 设计方案
该设计由现有的主动安全技术和新型安全气囊组成。运用 自动制动系统中的毫米波雷达测出车辆与前方障碍物的距离[3]， 用红外热成像仪识别出前方障碍物是否是人，即综合运用毫米 波雷达技术和红外热成像技术测出车辆与行人的距离。当此距 离小于“报警距离”时就对驾驶员进行报警提示，小于“安全距离” 时，如果驾驶员没有踩制动踏板，系统会控制汽车自动制动。 如果判断出与前方行人仍会发生碰撞，系统将此信号传输到安 全气囊控制单元。
2017.06
149
ACADMIC
浅析行人保护策略下的某汽车前部结构优化
浅析行人保护策略下的某汽车前部结构优化摘要：随着我国汽车工业得不断发展，关于汽车的安全性研究越来越深入。
现在的汽车上已经配备了许多安全装置。
这些安全装置能够比较好的保护车内成员得安全，在车辆进行碰撞时能很大程度得减小身体损伤。
目前对于碰撞过程中行人的保护程度未能引起重视，使其成为容易受到损伤。
因此，减小行人和车辆在碰撞中的损失有着重要意义。
依据EEVC法规的标准对腿部和汽车模型的碰撞过程进行仿真，对车辆保险杠部分的结构进行了研究改进，降低碰撞时对行人小腿的损伤程度，增强所研究车辆对行人的保护作用。
关键词：行人保护、模型建立、前部优化1.引言从上个世纪70年代开始，国外有一大批研究者对此展开研究，研究车辆与行人碰撞过程中行人损伤的机理以及碰撞中汽车前部结构对行人损伤的程度大小，并设法降低其影响。
2003年欧洲行人保护法规正式采EEVC(欧洲车辆安全委员会）工作组提出的一个行人碰撞方法。
随着我国和国际的不断接轨，作为汽车安全重点之一的行人安全将会越来越受重视，成为今后汽车安全的主要方向之一。
我国标准为GB/T《汽车队行人的碰撞保护》法规于2007年就开始实施，这个法规的内容也是基于EEVC法规，其法规内容见表1-1所示。
表 1-1 GB/T 24550-2009法规细则儿童头型成人头型小腿冲击器大腿冲击器冲击器质量3.5kg4.5kg13.4kg9.5kg碰撞速度9.7m/s9.7m/s11.1m/s11.1m/s碰撞角度50º65º水平水平评价指标2/3区域HIC≦10001/3区域HIC≦17002/3区域HIC≦10001/3区域HIC≦1700小腿加速度≦170g膝部剪切位移≦19º最大冲击力≦7.5kN最大弯矩≦510N·m本文采用汽车安全委员会提出的行人冲击测试子系统模型作为行人腿部冲击器的有限元模型，该冲击器模型由三部分组成，分别代表人体下肢的皮肤、肌肉和骨骼。
基于行人保护柔性腿碰撞的前保险杠结构优化
＜8 ＜8 15.2~17.6 225.6~272
7.1 2.5 12.5 243.9 211.9 168.5 72
7.7 2.3 13.3 262.5 216.5 159.9 71.3
Y200
8.9 2.7 15.7 285 235.9 173.3 74.1
Y300
9.2 2.82 16.7 250.6 225.2 176.3 75.3
设计·研究 基于行人保护柔性腿碰撞的前保险杠结构优化 doi:10.3969/j.issn.1005-2550.2017.04.007
收稿日期：2017-02-24
基于行人保护柔性腿碰撞的
前保险杠结构优化
徐梦飞，周全，刘小杰，郑敏，饶阳 （东风汽车公司技术中心，武汉430058） 摘 要：在开发某车型时，参考2018版中国新车评价规程（C-NCAP）中柔性小腿（FlexPLI）碰撞规则，运用计算机辅助工程（CAE）技术，对其前端保险杠结构进行优化。基于前 端碰撞模型的简化模型，分析了前保险杠结构布置尺寸与碰撞伤害指标的相关关系，确定了优 化方案，并通过CAE仿真分析验证了该优化方案的可行性。以上研究为改进行人保护柔性腿型 碰撞的车辆前保险杠结构设计提供了参考。 关键词：行人保护；碰撞试验；柔性腿；前保险杠 中图分类号：U491.61 文献标识码：A 文章编号：1005-2550（2017）04-0040-05
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设计·研究 基于行人保护柔性腿碰撞的前保险杠结构优化
指标
表3 初始方案CAE分析结果
碰撞点 NCA限值 考虑20%安全余量 Y0
Y100
Y200
Y300
Y400
Y500
ACL 韧带伸长量 PCL / mm
MCL
基于HyperStudy的汽车前保行人保护优化
基于HyperStudy的汽车前保行人保护优化徐德奎 马忠宇延锋彼欧汽车外饰系统有限公司，上海 ，201805摘要：本文首先建立了某乘用车保险杠总成的仿真模型，进行了行人保护仿真分析。
结合Altair的HypersSudy优化软件对保险杠蒙皮、小腿防撞梁、大腿防撞梁三个重要的零件的壁厚进行了DOE分析和优化分析。
首先通过DOE分析确定对行人小腿伤害值影响较为灵敏的壁厚参数，然后以这些参数为设计变量，运用优化模快进行优化分析，确定一组较优的设计参数，在降低产品质量的同时，能有效的降低加速伤害值，满足了客户的要求。
关键词：保险杠系统 行人保护 HypersSudy DOE 优化分析1. 引言行人碰撞保护设计在汽车产品的开发中日益受到重视。
保险杠系统作为车身最前端的部件，直接与行人腿部发生碰撞，它的设计是保护行人腿部的关键[1]。
本文针对行业最为严格的Euro-NCAP行人保护小腿法规要求，和某主机厂进行同步开发某款汽车的保险杠总成，利用Altair的Hyperstudy优化软件与某碰撞分析软件联合对保险杠总成重要零件的壁厚进行了DOE分析和优化分析，以求在最短的时间内寻求较优的设计方案。
2.前保总成的设计目标对该保险杠系统，设计的目标如下：表1 行人小腿伤害值要求指标3. 本文的研究思路由于整车厂已经确定了前保险杠系统的布置方案，因而想通过改变保险杠系统各零件的空间布置来改善伤害值指标的方法已经无效。
本文的研究思路是：首先是根据经验确定对行人保护小腿伤害值影响较大的自主设计的零件，然后研究零件厚度对行人保护伤害值的影响，针对重要的壁厚参数进行优化设计，以较小的设计代价获得较大的改进效果。
根据经验，在前保总系统中，对行人小腿伤害值影响较大的零件有：保险杠蒙皮、泡沫吸能块、小腿防撞梁、大腿防撞梁(如图1所示)。
由于同时需要考虑低速碰撞法规[2]对汽车前部的影响，设计方案中不再对泡沫吸能块进行减弱。
本文通过HyperStudy的DOE模块快速分析了保险杠蒙皮壁厚、小腿防撞梁、大腿防撞梁本体及其加强筋的壁厚对行人小腿伤害值的影响灵敏度，筛选出对结果影响较为敏感的壁厚参数，然后基于筛选后的参数，利用HyperStudy的优化模块进行优化分析，从众多壁厚组合方案中获取一种能够满足客户要求的方案。
基于行人腿部保护的保险杠造型优化设计
基于行人腿部保护的保险杠造型优化设计肖宏伟;陆善彬;武栎楠【摘要】建立了某车车身前部的有限元模型,并将其与MADYMO腿部冲击器模型进行了耦合.利用MADYMO-DYNA耦合算法对腿部冲击器与保险杠的碰撞过程进行了仿真分析,并根据GTR法规要求对保险杠的行人腿部保护性能作出了评价.从造型角度提出了3点改进保险杠行人保护性能的方法,并阐述了利用ALIAS设计保险杠的过程.对改进后的保险杠进行仿真分析表明,改进方案有利于提高保险杠的行人腿部保护性能.【期刊名称】《汽车技术》【年(卷),期】2010(000)010【总页数】4页(P30-33)【关键词】行人腿部保护;保险杠;优化设计【作者】肖宏伟;陆善彬;武栎楠【作者单位】吉林大学;吉林大学;吉林大学【正文语种】中文【中图分类】U461.911 行人保护要求分析最新数据显示，2009年全国共发生道路交通事故238351起，造成67759人死亡、275125人受伤，直接财产损失9.1亿元[1]。
专家预测，中国道路交通事故死亡率在未来l0年仍将在此高位徘徊。
在汽车与行人相碰撞时，首先与人接触的就是汽车保险杠，所以汽车保险杠的设计应放在首要位置，在新车开发前期就要充分考虑保险杠造型设计好坏对行人腿部的保护。
1.1 保险杠系统保险杠设计有较严格的外部约束条件和复杂的内部结构关系。
从安全性上看，保险杠在汽车发生碰撞事故时能起到缓冲作用，保护前、后车体，特别是对行人腿部保护有重要作用；从外观上看，保险杠可以很自然地与车体结合，具有很好的装饰性，成为汽车外型设计的重要部件。
1.2 行人保护法规要求目前国际主流行人保护适用标准为GTR、ACEA标准。
我国即将颁布的《汽车对行人碰撞保护（征求意见稿）》也是根据GTR制定，该标准规定了腿部模块和保险杠碰撞的试验方法。
试验主要测量膝关节弯曲角度、膝关节剪切位移和胫骨加速度等参数。
GTR规定的行人腿部伤害指数上限如表1所列。
行人保护柔性腿型碰撞的车辆前端结构优化设计
， ，
（１ ． Ｇｅ ｅ ｌ ｙ Ａｕ ｔ ｏ ｍｏ ｂ ｉ ｌ ｅ Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ． Ｈａ ｎ ｇ ｚ ｈ ｏ ｕ ３ １ １ ２ ２ ８ Ｃｈ ｉ ｎ ａ ；
Ｉ ＳＳ Ｎ １ ６７ ４－ ８ ４ ８ ４
— — — —
汽 午安 伞与节能学 报，２ ０ １ ３ 年 ，第 ４卷
第 ３期
１ １ ／ １ ３ ２６ ６—２７ ２
ＣＮ ｌ １ － ５ ９ ０ ４ ／ Ｕ
Ｊ Ａｕ ｔ ｏ ｍｏ ｔ ｉ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ ， ２ ０ １ ３ ， Ｖｏ １ ． ４ Ｎｏ ． ３
Ｐ ｒ ｏ ｇ ｒ ａ ｍ ｆ Ｅ ｕ ｒ ｏ ． Ｎ Ｃ Ａ Ｐ ） ． Ｔ ｈ ｅ ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ ． ａ ｂ ｓ ｏ ｒ ｂ ｉ ｎ ｇ ｄ ｅ ｖ ｉ ｃ ｅ ｓ ｆ ｏ ｒ ｆ ｒ ０ ｎ ｌ ｃ ｒ ｏ ｓ ｓ ｍ ｅ ｍ ｂ ｅ ｒ ｓ ａ ｎ ｄ ｌ ｏ ｗ ｅ ｒ ｂ ｒ ａ ｃ ｅ ｄ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｓ ｗ ｅ ｒ ｅ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍ ｉ ｚ ｅ ｄ ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ Ｃ ｏ ｍ ｐ ｕ ｔ ｅ ｒ － Ａ ｉ ｄ ｅ ｄ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ（ Ｃ Ａ Ｅ ） ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｑ ｕ ｅ ． Ｓ ｏ ｆ ｔ ｅ ｎ － ｈ ｏ ｌ ｅ ｗ ａ ｓ ｗ ｉ ｄ ｅ ｎ ｅ ｄ ｔ ｏ ３ ５ ｍ ｍ，
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｔ ｈ ｅ ｆ ｒ ｏ ｎ ｔ — ｅ ｎ ｄ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｏ ｆ ａ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｉ ｎ ｇ ｃ ａ ｒ ｗ ａ ｓ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ｅ ｄ ｆ Ｏ ａ ｃ ｈ ｉ ｅ ｖ ｅ ｌ ｈ ｅ ｌ ａ ｒ ｇ ｅ ｌ ｏ ｆ Ｆ ｌ ｅ ｘ ｉ ｂ ｌ ｅ
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Ａｎ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｆｒｏｎｔａｌ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｆｏｒ Ｐｅｄｅｓｔｒｉａｎ Ｌｅｇ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｗｕ Ｘｉｕ—ｃｈｕｎｌ”，ＺＨＯＵ Ｐａｎｌ，ＺＨＥＮＧ Ｗｅｎ－ｑｉａｎ９１，ＬＵ Ｈｏｎｇ－ｓｈｅｎ９３
（１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｈａｎｇｈａｉ ｆｏｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０００９３，Ｃｈｉｎａ；
ｐｅｄｅｓｔｒｉａｎ ４７．）
ｏｎ
ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｍａｃｌｆｉｎｅｒｙ Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ，２００９（９）：４５—
［４］曹立波，危海烟，张冠军．汽车与行人碰撞过程中行人膝关节损伤的参 数研究［Ｊ］．汽车工程，２００６，２８（１ １）：９７６—９７９．
（Ｃａｏ Ｌｉ—ｂｏ，Ｗｅｉ Ｈａｉ—ｙａｎ，Ｚｈａｎｇ Ｃｕａｎ－ｊｕｎ．Ａ Ｓｔｕｄｙ ｏｆｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆｆｒｏｎｔ
ｏｎ
ｔｈｅ ｉｎｊｕｒｙ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ
ｉｎｊｕｒｅｄ
通过减去保险杠横梁上的支架，碰撞中间区域的上弯矩和 中上弯矩伤害值明显大幅度降低，但中下弯矩和下弯矩值却略有 增加，但仍然在伤害指标值以下；韧带伸长量也有所降低，内侧韧 带伸长量仍然不符合法规要求，得分较低，然而行人腿部总得分 值提高了１７．６３％。
（｝，）膝关节弯曲角
（Ｃ）膝关节剪切位移 图２刚性小腿不同时刻碰撞变形过程
Ｆｉｇ．２ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ Ｔｉｍｅ Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ Ｒｉｇｉｄ Ｌｅｇｓ Ｆｉｇ．３
图３不同区域伤害值
Ｄａｍａｇｅ Ｖａｌｕｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ Ａｒｅａｓ
将获得的五个区域伤害指标值添加在同一图下进行比较， 对比分析结果，如图３所示。对于该车型的碰撞分析，从上面的分 析图可以看出，Ｌ。、厶、Ｌ：区域的胫骨加速度值逐渐减小，而￡，区 域又开始出现增加趋势，Ｌ。区域的胫骨加速度值达ｙ－０了最大值， 并且超过了伤害指标的上限值，Ｌ；区域又有所下降，但伤害值较 高；在２１ｍｓ左右时，不同区域的膝关节弯曲角度依次达到最大 值，并且从中间到边缘区域，膝关节弯曲角逐渐减小，对人体的伤 害也逐渐减弱，坦中间部分的伤害值超过了伤害指标值，容易对
ｓｃｏｒｅ
ｆｏａｍ
ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ，ｔｈｅ
ｏｆ
ｔｈｅ ｐｅｄｅｓｔｒｉａｎ ｌｅｇ ｉｍｐｒｏｖｅｄ １０．０１％；ｃｈａｎｇｉｎｇ
ｓｃｏｒｅ
ｃａｌｆ
ｓｕｐｐｏｒｔ
ｏｆｔｈｅ
ｐｅｄｅｓｔｒｉａｎ ｌｅｇ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｂｙ １０．３７％；ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｂｕｍｐｅｒ ｂｅａｍ，ｔｈｅ ｔｏｔａｌ ｔｈｅ ｃａｒ，ｃｒａｓｈ
ｈｏｏｄ ｆｏｒ ｐｅｄｅｓｔｒｉａｎ
ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ
Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ，２０１３
（１２）：９７—１００．）
［３］刘志勇，金隼，胡敏．基于行人保护的溃缩式前大灯设计研究［Ｊ］．机械 设计与制造，２００９（９）：４５－４７．）
（Ｌｉｕ Ｚｈｉ—ｙｏｎｇ，Ｊｉｎ Ｓｕｎ，Ｈｕ Ｍｉｎ．Ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｆｒａｎｇｉａｂｌｅ ｈｅａｄｌａｍｐ ｂａｓｅ
２０【Ｍ）（】 ０ ０００
来测量上弯矩、巾上、中下弯矩和下弯矩，膝盖部位装有四个传感 器，分别用来测量前后团带伸长量、内侧韧带伸长量和膝盖底部 加速度，Ｅｕｒｏ—ＮＣＡＰ法规的伤害值指标，如表２所示。 表２柔性小腿伤害评价指标
Ｔａｂ．２ Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｌｅｇｓ Ｉｎｊｕｒｙ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ
ｔｏ
ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｐｅｄｅｓｔｒｉａｎ ｉｎｊｕｒｉｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｖｅｈｉｃｌｅ－ｐｅｄｅｓｔｒｉａｎ ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ ａｃｃｉｄｅｎｔｓ．Ｔｈｅ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｐｐｌｉｅｄ
ｔｏ
ａｎ面＇ｃｓｉｓ
ｓｏｆｔｗａｒｅ
１５一ＤＹＮＡ ｉｓ
ｓｉｍｕｌａｔｅ
ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ
第７期 ２０１５年７月
机械设计与制造
Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ ８７
行人腿部保护汽车前部结构优化
乌秀春ｍ，周 盼１，郑文强・，鲁宏升。
（１．上海理工大学机械工程学院，上海２０００９３；２．上海电机学院汽车学院，上海２００２４５；３．上海恒士达科技有限公司，上海２０１２０３）
图ｌ碰撞区域的选取
Ｆｉｇ．１ Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ Ｚｏｎｅ
将碰撞区域每隔ｌＯＯｍｍ选取一个测试点，以保险杠中部为
准，由于汽车前部结构的对称性，故选择右边五个试验点以及中
间的试验点作为测试点，分别记为Ｌｏ，Ｌ。、Ｌ：、Ｌ，、Ｌ。、Ｌ，：行人保护小 腿部分得分总分为６分。
３．２刚性小腿碰撞分析
刚性小腿冲击器的碰撞条件如下：在发生碰撞时．小腿冲击 器底部与地面基准线之间距离为２５ｒａｍ（±１０ｍｍ），小腿冲击器的 冲击速度为１１．１ｍ／ｓ（＿－ｚ０．２ｒｄｓ）ｍ。将汽车前部结构的有限元模型 以及刚性小腿冲击器的有限元模型导入ＬＳ—ＤＹＮＡ软件中，对小 腿冲击器进行碰撞区域定位，设置好相应的定位参数以及碰撞条 件，提交进行计算，得到不同时刻的碰撞变形图，如图２所示。
摘要：为减少人车碰撞事故中对行人的伤害，采用ＬＳ—ＤＹＮＡ软件模拟人车碰撞过程，分别模拟了刚性腿型和柔性腿型 的碰撞情况，得到行人小腿的伤害规律。同时，针对柔性腿型的分析结果，对汽车前部结构从三个方面进行优化：改进泡 沫刚度，行人腿部总得分值提高了１０．０１％；改变小腿支撑，行人腿部总得分值提高了１０．３７％；改进保险杠横梁，行人腿部 总得分值提高了１７．６３％。通过改进汽车的前部结构，柔性小腿的碰撞性能得到了优化，为行人保护方面的汽车前部结构 设计提供了参考。 关键词：行人腿部保护；碰撞模拟；结构优化；ＬＳ—ＤＹＮＡ 中图分类号：ＴＨｌ６；Ｕ４６３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１—３９９７（２０１５）０７—００８７—０４
来稿日期：２０１５—０１—２０
Ｉｎｊｕｒｙ
Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ
基金项目：上海电机学院学科基础建设项目（１２ＸＫＪＣ０２）；上海市科技型中小企业技术创新基金项目（１３０１…３８２００） 作者简介：乌秀春，（１９７３一），女，辽宁朝阳人，博士研究生，教授，主要研究方向：汽车碰撞安全技术、车辆ＣＡＷＣＡＭ／ＣＡＥ技术 周盼，（１９９０一），女，陕西渭南人，硕士研究生，主要研究方向：车辆ＣＡＤ／ＣＡＭ／ＣＡＥ技术，现代汽车设计理论
Ｔａｂ．１ Ｒｉｇｉｄ Ｌｅｇｓ
级评定，然而，行人保护方面的得分睛况却不乐观，甚至有些车型 没有得分一。通过对行人腿部的研究，发现刚性小腿可以有效地
模拟膝盖部分伤害情况，但并不能完全的反映行人腿部的受伤情 况。美国ＨＵＭＡＮＥＴＩＣＳ公司经过不断的改进，开发出了最新的 易于弯曲的柔性腿型，改进后的下腿型冲击器被国际上许多国家 认可并采纳。 从２０１４年开始，Ｅｕｒｏ—ＮＣＡＰ已经逐步采用柔性腿型来进 行新车星级评定试验ｆ４｜。行人保护全球技术法规预计从２０ １ ６年开 始采用柔性腿型进行试验。现阶段属于过渡时期，汽车整车厂可 以选择刚性小腿或柔性小腿进行碰撞试验分析。
２刚性小腿与柔性小腿评价指标
刚性小腿冲击器以及柔性小腿冲击器均可以测试交通事故 中小腿部位的伤害值，并通过伤害指标来反映。两者在一定程度 上均能反映事故中行人腿部的受伤情况，具有一定的真实有效性 以及可参考性旧。 ＥＥＶＣ制定的刚性小腿伤害主要将胫骨加速度、膝关节剪切 位移、膝关节弯曲角度三个方面作为评价指标１６１，如表Ｉ所示。 表１刚性小腿伤害评价指标
ａｎ咖ｉ＋，ｏｂｔａｉｎｅｄ
ｏｆ
ｔｈｅ ｌａｗ
ｏｆ ｔｈｅ
ｐｅｄｅｓｔｒｉａｎ
ｉｎｊｕｒｙ．Ｍｅａｔｏｔａｌ
ｓｃｏｒｅ
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ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
ｔｈｅ Ｃａｌ＂ｈａｓ ｂｅｅｎ ｉｍｐｒｏｙｅｄ
ｆｒｏｍ
ｔｈｒｅｅ
ａｓｐｅｃｔｓ．Ｂｙ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｔｈｅ ｔｏｔａｌ ｌｅｇ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｂｙ
３．３柔性小腿碰撞分析
柔性小腿的碰撞条件与刚性小腿基本一致，不同之处在于， 在发生碰撞时，柔性小腿冲击器底部与地面参考线之间的距离为 ７５ｒａｍ。以选定区域进行碰撞模拟，得到柔性小腿不同时刻的碰撞 变形图，如图４所示。对不同区域的伤害指标值进行横向比较，其 中，丁ｌ为上弯矩，疋为中上弯矩，乃为中下弯矩，兀为下弯矩，ＡＣＬ 为前韧带伸长量，ＰＣＩ，为后韧带伸长量，ＭＣＬ为内侧韧带伸长 量，分析结果，如表３所示。
万方数据
万方数据
Ｎｏ．７ ９０
机械设计与制造
表６改进保险杠横梁后的分析结果
Ｔａｂ．６ Ｔｈｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｃｈａｎｇｅｄ Ｂｕｍｐｅｒ Ｂｅａｍ
Ｊｕｌｙ．２０１５
（ＳｏｎｇＸｉｎ—ｒｕｉ，Ｌａｎ Ｆｅｎｇ－ｅｈｏｎｇ，ＬｉＸｉｎ－ｘｉａｎ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆｐｏｐ—ｕｐ ｅｎｇｉｎｅ
３刚性小腿与柔性小腿碰撞分析对比
３．１碰撞区域的选取
根据法规，将车身长度方向记为ｘ方向，车身位置以ｌ，平面 对称，进行参考线画线，碰撞区域，如图１所示。
—２０ ０００ ４０ ０００
；一６０
０００
三一８０ ０００
三一｛（）００００
—１ ２０
０００
—１４０ ０００ 一】６０ ０００ 一Ｉ ８０ ０００ Ｏ
ｐｅｄｅｓｔｒｉａｎｓ［Ｊ］．Ｇｅｒｍａｎｙ：ＲｏａｄＴｒａｆｆｉｃＡｃｃｉｄｅｎｔＲｅｓｅａｒｃｈ，１９８９． ［６］韩勇，杨济匡，李凡．汽车一行人碰撞中人体下肢骨折的有限元分析 ［Ｊ］吉林大学学报：工学版，２０１ １（１）：６－１１．）
ｔｏ
ｏｆ
ｔｈｅ ｖｅｈｉｃｌｅ－ｐｅｄｅｓｔｒｉａｎ ｃｏｌｌｉｓｉｏｎｓ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｃｒａｓｈ