汽車保險杠行人保護與低速碰撞性能研究與改進

李成龍

摘 要：在汽車之中，非常重要的一個安全裝置，就是汽車保險杠，其不但要在人車碰撞事故中，最大化的保護行人生命安全，還要在遇到低速碰撞時，使車身零部件得到最大化的保護。基于此，本篇文章主要對汽車保險杠行人保護與低速碰撞性能進行研究，并且提出相應的改進措施。

關鍵詞：汽車保險杠;行人保護;低速碰撞性能研究

前言：在發生交通事故時，保護車內成員和行人安全的第一到屏障，也是最為重要的一道屏障就是汽車保險杠，可以使被撞行人的受傷最大化降低。在遇到一些非致命性的低速碰撞過程中，擁有性能良好的保險杠，可以最大化保證被撞行人的生命安全。為了更好的滿足人們對于汽車保險杠的高要求，還要進一步深入的研究保險杠低速碰撞性能，確保將質量更輕且在遇到低速撞擊時，更好保護車身零部件的保險杠研發出來，保護行人安全。

1 保險杠行人保護研究

早在上個世紀六十年代，在澳大利亞，就有一位學者，率先提出了行人安全研究，在此之后，相關歐美國家，可以開展了相應的研究。在這一時期，對于行人保護安全的研究，主要集中方向，就是對于行人車輛碰撞事故的原因分析，同時，研究人體損傷生物力學。在到了八十年代之后，行人保護的研究重點發生了轉移，轉移到了對行人腿部損傷機理和具體耐受極限上，不僅如此，還研究了行人保護方法的概念和具體的保護實驗方法。進一步發展到了九十年代，具體的研究轉移到了交通事故的分析上，并且深入研究碰撞生物力學和行人碰撞法規等。到如今的二十一世紀，在對行人保護進行研究的過程中，重點放在了行人的頭部和下肢的碰撞損傷力學上，不僅如此，還有對于行人保護措施的研究。

在上世紀八十年代，就開始著手汽車與行人的碰撞試驗方法的研究，在九十年代，則開始了打點式的行人保護試驗程序研究，與此同時，還開展了相應的評審，逐步完善了沖擊器模塊和試驗方法以及具體的試驗程序等。進入到21世紀之后，歐洲汽車制造協會，提出了這樣的提案，即行人保護測試試驗，在三年之后，正式出臺行人保護法規。

當前階段，在對汽車保險杠行人碰撞事故行人下肢保護研究的過程中，主要的展開方向就是道路交通事故的統計分析和計算機仿真研等。而且相應的行人保護法規也在逐步實施中，對比國外，雖然國內的行人保護方面存在一定的差距，但是此種現象正在不斷改善，各大研究學者在不斷加深研究。

2 保險杠低速碰撞研究

汽車在行駛過程中，遇到低速碰撞時，保險杠作為最重要的保護裝置，可以在安裝裝置產生彈性形變的過程中，對碰撞的能量進行最大化的吸收，并且對汽車翼子板和縱梁等重要部位有著至關重要的保護作用，所以，在對車輛低速碰撞研究過程中，最為關鍵的內容，就是保險杠系統的研究。現階段，不論是任何一個汽車生產國家，都制定了相應的汽車低速碰撞法規和試驗標準。舉例來講，我國的汽車前、后端保護裝置標準GB17354.

在對保險杠低速碰撞研究的過程中，主要的研究內容有以下幾方面，首先第一方面，就是對保險杠在汽車正面低速碰撞過程中的動力學相應進行研究;第二方面，就是對低速碰撞進行討論，并且研究汽車追尾的運動特點;第三方面，就是通過志愿者測試的方式，依據相應的測試數據，對追尾碰撞情形中，乘員傷害與車速之間的關系進行研究;第四方面，就是對碰撞過程中，沖擊力大小和保險杠自身吸能結構壓縮量之間的關系進行研究;最后一方面，就是對保險杠發生結構損壞的最小碰撞速度進行研究。

國內在對保險杠碰撞研究的過程中，相關學者還將一種“擺錘式”的保險杠低速碰撞試驗裝置建立了進來，進而對低速碰撞中轎車成員的損傷程度和保險杠的耐撞性進行測試，以此為依據，將一種擺錘碰撞固定的保險杠簡化測試方法研究出來，根據相應的有限元仿真測試和具體的試驗測試，證明該方法結果非常可靠。還有相關學者以保險杠低速碰撞法規為依據，將ANSYS/LS-DYNA模塊應用進來，進而對某以小型客車的保險杠進行仿真研究，獲取到了相應的關系曲線，根據后續的深入分析，將改善保險杠低速碰撞性能的建議提了出來。同時，相關學社有將一種用于分析保險杠低速碰撞安全和行人下肢保護性能的概念模型構建了進來。采取實驗的方式，獲取到不同參數對于行人保護和低速碰撞的影響，同時，以這兩方面的性能要求為依據，將優化方案聯合設計出來。

總的來講，我國對于保險杠低速碰撞的研究相對交完，整體的設備也具備簡單化特點，不論是對于保險杠行人下肢保護的研究，還是低速碰撞這一方面的研究，整體的廣度和深度，仍然有待完善。

3 汽車保險杠行人保護與低速碰撞性能研究改進

3.1 碰撞接觸算法

首先就是動態約束法，在最早期接觸的一種算法就是動態接觸發，主要就是以一個時間步長為基礎，對每一個時間步長構型之前，會檢查和判斷節點的情況，如果節點已經穿透了主表面，并且根據對時間步長的調節，進行修正;如果在判斷的過程中，發現主表面上已經存在節點，則將相應的約束世家進來，確保節點不動，與此同時，對主表面上與從節點相連處的單元是否受到外界拉力的問題繼續寧同時檢查，如果存在拉力，則要根據拉力，在主表面上，對該從節點進行釋放。

其次，就是分配參數法。主要就是在對兩物體在邊界相互互動且并沒有實現相互分離的接觸類型中，將該接觸算法應用進來。主要的原理，就是先在煮面上將跟主面接觸的單元質量分配一半過來，然后以具體的基礎內應力為依據，對主面進行確定，然后根據計算，獲取到相應的質量和壓力這兩個參數，依據此，對主表面的加速度和從節點的速度和加速度值進行修正，就可以避免發生節點穿透的問題。

3.2 可變形壁厚及保險杠有限元模型的建立

在CATIA軟件之中，以實際尺寸為依據，可以將變形壁障的集合模型建立進來。簡化吸能塊表面的溝槽，為平滑圓弧面，然后開展由結構非線性我呢提變為材料非線性我呢提的吸能塊有限元分析類型，實際的試驗效果保持不變。在具體的實驗過程中，可以發現，不論是固定裝置，還是撞擊墻，均可以起到固定臂障的作用，所以，在仿真的過程中，可以將撞擊墻與固定裝置刪除，保證壁障位置達到一種靜止的狀態。如圖1和圖2所示，分別為可變形壁障有限元模型和保險杠及車體有限元模型。

結語：總而言之，我國對于汽車保險杠行人保護與低速碰撞性能的研究，還需要進一步深化和改進，相信在不久的未來，可以趕超國外。

參考文獻：

[1]崔淑娟，劉明，趙清江，范體強.汽車前端結構的行人大腿碰撞保護性能研究[J].汽車工程學報，2020，10（04）：263-268.

[2]朱云娟，傅加榮，錢志峰，彭佳.基于行人保護試驗的前保險杠設計優化[J].汽車工程師，2019（11）：39-40+59.