基于行人保護性能的車輛頭型試驗區域共性吸能結構分析

曹建驍 畢騰飛 張文超

摘? 要：隨著2018版C-NCAP行人保護考核的加入，行人保護正向開發已經被多個主機廠關注。國外全球性法規《GTR 9》，歐盟《ECE R127》，EURO-NCAP等對行人保護性能有明確要求。對于我國的自主企業，其車身結構還處于跟隨模仿的階段，因此對于合理的吸能結構分析具有很重要的意義。企業的結構設計按照車型定義會形成架構平臺，掌握行保頭型的共性吸能結構，有利于提升結構平臺性能水平，有利于降低研發費用，縮短周期，同時為高指標的得分策略提供基礎的技術支撐。

關鍵詞：行人保護;共性吸能結構;分析

中圖分類號：U270.2? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：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

根據交通事故年報數據統計，車輛刮撞行人導致死亡人數占交通事故總死亡人數比例呈現逐年上升趨勢。在道路交通中道路弱勢使用者占總死亡人數的50%，其中行人占比達到了22%，行人傷害研究已成為研究熱點。

2 行保頭型試驗覆蓋區域分析

行人保護法規及C-NCAP考核區域主要由頭型考核區域和腿型考核區域構成。其中法規以ECE R127為代表，頭型考核區域一般由前基準線，側基準線，后基準線形成封閉區域向內返82.5mm構成，主要覆蓋車輛結構為汽車罩蓋，如圖1、圖2所示，其中涉及到7個結構件區域，如表1所示，圖3為結構具體指示圖。2018版C-NCAP評價規程中，行人保護頭部考核區域由WAD1000、WAD2100和兩條機罩側面基準線圍繞而成。

2.1 大燈結構區域

行人保護涉及大燈結構區域主要為兒童頭型沖擊考核，涉及到的主要結構是為汽車發動機罩總成，汽車前大燈、橡膠支撐塊、汽車大燈橫梁。

大燈結構處結構特征主要表征為：大燈為汽車外露機能件，除自身照明功能外，其安裝考慮其穩健性，一般設計安裝點有三個點，主要布置為上部兩個安裝點螺接連接大燈橫梁，下部安裝點布置在前端框架側立梁位置，除此之外，大燈設計安裝點還有布置在外側面與保險杠連接塊上與翼子板、保險杠形成聯接。發動機罩總成在此處結構為包邊結構，其相鄰影響約束邊界有二：（1）中間鎖鉤機罩鎖連接;（2）橡膠支撐塊支撐機罩。

2.2 機罩鎖結構區域

大燈結構處結構特征主要表征為：鎖鉤與機罩鎖連接在頭型沖擊方向上為硬點連接，對于鎖鉤本身還存在安裝點強度和疲勞要求，同時機罩表面在此處對發動機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區域。

2.3 翼子板安裝結構區域

翼子板安裝結構區域特征主要表征為：翼子板在此處結構為折彎結構，結構強度偏高。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構強度偏高造成的影響。結合對于頭型沖擊來說設計支架，可有效地保證翼子板在此處實現潰縮吸能，但其自身要求支架強度不能過弱，設計開發人員應保證兩者的平衡協調。

2.4 鉸鏈結構區域

鉸鏈結構區域特征主要表現為：鉸鏈一般要保證開啟的強度穩定性，開閉的耐久性，制造采用2.5mm或3.0mm的厚度，因此傳統制造鉸鏈強度很高沖擊吸能性差。同時傳統設計機罩與鉸鏈安裝為螺栓與凸焊螺母鏈接，壓縮了機罩內部初始變形吸能空間。因此對于鉸鏈區域目前HIC傷害值均在2000以上，屬于失分區域。

2.5 發動機艙結構區域

發動機艙結構區域特征主要表現為：機艙受空間制約，在完成總布置后，對于沖擊點距離下部機艙硬點過小，沖擊吸能緩沖距離過小，因此導致HIC傷害值偏大。該類情況主要集中在小型SUV及轎車上。對于發動機罩內外板總成，在滿足硬點距離的要求進行，局部結構強度調整，可有效降低平均傷害值。

2.6 玻璃結構區域

玻璃結構區域一般為成人頭考核區域。玻璃考核區域分為不考核的默認綠色區域和除豁免考核的劃線內區域。玻璃默認綠區域為加分區域，在設計中也是要盡量加大該區域，有利于得分的提高。玻璃下沿搭接區域，為HIC傷害值高的區域。

玻璃下沿搭接區域，主要為玻璃膠粘在流水槽鈑金上，考慮NVH及耐久工況，支撐鈑金結構設計強度不能偏低，否則造成玻璃異響振動損傷等后期影響。該區域主要考慮為流水槽鈑金設計，改變支撐位置及支撐形式，有效的調整吸能空間及支撐強度，降低傷害值。

2.7 雨刮器結構區域

雨刮器為行人保護頭型必考核區域，雨刮器為強度高的硬質鈑金結構，因此雨刮器得分偏低。雨刮器難點主要集中在雨刮軸位置，距離空間小且為硬點結構。

雨刮器結構區域特征主要表現為兩種，一種設計為內藏式雨刮，第二種為外漏式。對于硬點部位主要為電機轉軸位置，涉及結構為雨刮安裝支架。此外現行設計中出現潰縮式雨刮軸結構，配合支架結構強度調整，可以達到預期得分值。

3 頭型沖擊共性結構分析

根據以上的理論分析可以得到，實際結構設計應該保證第一次碰撞中加速度不能過高，控制峰值加速度，同時保證下部有效空間第二次碰撞為加速度降低。但是當實際結構無法保證理想波形設計的時候要從具體區域位置結構特征進行設計，降低惡劣區域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構區域進行描述該區域結構設計方法。

3.1 大燈結構區域共性結構

大燈結構區域結構空間小，且機罩蓋與燈搭接處也是收縮包邊位置，因此，此處設計為大燈懸臂設計比較合理，同時機罩邊界也為懸臂點區域，對于支撐點位置可以詳細設計，降低大燈傷害值。共性吸能結構如圖4。

但是此種結構設計一定要結合大燈穩健性設計，同時保證耐久試驗后大燈不會發生下垂位移，造成外觀間隙不均勻從而引起產品質量抱怨。

3.2 機罩鎖結構區域共性結構

對于機罩硬點結構設計一般采用兩種方式調整布置位置和做成可壓潰式鎖結構，其中考慮成本，共性結構設計一般采用調整布置方式，一種是鎖布置在Y0靠后的位置或是在兩側布置鎖。具體的方案圖如圖5所示。

3.3 翼子板安裝結構區域共性結構

傳統翼子板直接螺接在前段大梁上，對于此處結構配合外觀造型分封線位置，進行調整減小局部剛度。對于此處結構，常規設計方法有二：一為翼子板安裝點調整為幾字型鈑金支架，進行卡扣卡接或者螺栓聯接;二、翼子板安裝點調整為懸臂式鈑金支架安裝。對于兩種結構在空間滿足的情況下采用第二種結構更優，因為懸臂結構對于沖擊來說能保證下部更多的吸能空間（如圖6）。

同時可以看出，為了更好控制第一加速度，保證緩沖空間，協調安裝點的剛度和耐久，多數結構都會在幾字型支架上做相應開孔調整結構剛度，而懸臂型結構對車輛空間大的車型更適用一些。

3.4 鉸鏈結構區域共性結構

鉸鏈一般本身材質厚度偏大，對于其自身的耐久和強度要求比其他部件高。除了前述的將鉸鏈最高硬點設計到考核區域以外的方法外，同時鉸鏈自身結構可以進行優化設計（圖7）。

這兩種結構，其實都在降低頭型沖擊時的第一加速度，第一個為鉸鏈下合頁，進行折彎導向，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整體厚度強度降低，加裝輔助支架進行下部加強，同樣可有效的保證吸能效果，兩者比較，第二種結構方式結構偏輕，但是更多的可以性能提升，對于設計師提出更高綜合性能要求。

3.5 發動機艙結構區域共性結構

發動機艙在布置設計中首先保證設計目標值，空間距離80mm以上，對于結構調整主要是調整結構剛度，使更多的目標點考核中得到綠色和黃色。發動機艙主要影響結構為機艙內板設計，外造型基本上大平面設計，僅僅在特征線會有變化。對于機罩內板主要設計目標是整體剛度一致性好平滑過渡，避免出現結構急劇過渡變化的地方。為了設計均勻的發動機罩結構，大型車采用蜂窩狀或者網格狀設計，或者是段差大的地方采用緩沖過渡（圖8）。

3.6 玻璃結構區域共性結構

玻璃結構的設計主要集中在下部打膠支撐結構，因為玻璃為第一接觸并撞擊點，玻璃整體碎裂承受部分的第一加速度阻力值，對于下部支撐前圍板上部鈑金在支撐玻璃時主要表現為支撐鈑金調整強度，主要方法為結構調整。對于玻璃下沿結構主要為封閉口型結構，所以此處結構的優化設計結構一般為改變各個鈑金部件的搭接及結構，以便調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 雨刮器結構區域共性結構

雨刮器結構區域主要設計為安裝支架潰縮吸能和雨刮軸潰縮力涉及，目前博世已經有成熟方案，主要壓潰力在1500N-2000N這個設計區間。此處不在進行結構描述。

4 結束語

本文主要對當前的行人保護頭型試驗區域，車輛結構設計共性結構進行了分析。為結構設計提出了指導性的設計參考意見，為行人保護頭型試驗各區域的得分奠定基礎。

參考文獻：

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[2]喬維高，朱西產.行人與汽車碰撞中頭部傷害與保護的研究[J].農業機械學報，2006，37（9）：29-31.