汽車保險(xiǎn)杠行人保護(hù)與低速碰撞性能研究與改進(jìn)

李成龍

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

關(guān)鍵詞：汽車保險(xiǎn)杠;行人保護(hù);低速碰撞性能研究

前言：在發(fā)生交通事故時(shí)，保護(hù)車內(nèi)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(xiǎn)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(xiǎn)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(duì)于汽車保險(xiǎn)杠的高要求，還要進(jìn)一步深入的研究保險(xiǎn)杠低速碰撞性能，確保將質(zhì)量更輕且在遇到低速撞擊時(shí)，更好保護(hù)車身零部件的保險(xiǎn)杠研發(fā)出來，保護(hù)行人安全。

1 保險(xiǎn)杠行人保護(hù)研究

早在上個(gè)世紀(jì)六十年代，在澳大利亞，就有一位學(xué)者，率先提出了行人安全研究，在此之后，相關(guān)歐美國家，可以開展了相應(yīng)的研究。在這一時(shí)期，對(duì)于行人保護(hù)安全的研究，主要集中方向，就是對(duì)于行人車輛碰撞事故的原因分析，同時(shí)，研究人體損傷生物力學(xué)。在到了八十年代之后，行人保護(hù)的研究重點(diǎn)發(fā)生了轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移到了對(duì)行人腿部損傷機(jī)理和具體耐受極限上，不僅如此，還研究了行人保護(hù)方法的概念和具體的保護(hù)實(shí)驗(yàn)方法。進(jìn)一步發(fā)展到了九十年代，具體的研究轉(zhuǎn)移到了交通事故的分析上，并且深入研究碰撞生物力學(xué)和行人碰撞法規(guī)等。到如今的二十一世紀(jì)，在對(duì)行人保護(hù)進(jìn)行研究的過程中，重點(diǎn)放在了行人的頭部和下肢的碰撞損傷力學(xué)上，不僅如此，還有對(duì)于行人保護(hù)措施的研究。

在上世紀(jì)八十年代，就開始著手汽車與行人的碰撞試驗(yàn)方法的研究，在九十年代，則開始了打點(diǎn)式的行人保護(hù)試驗(yàn)程序研究，與此同時(shí)，還開展了相應(yīng)的評(píng)審，逐步完善了沖擊器模塊和試驗(yàn)方法以及具體的試驗(yàn)程序等。進(jìn)入到21世紀(jì)之后，歐洲汽車制造協(xié)會(huì)，提出了這樣的提案，即行人保護(hù)測試試驗(yàn)，在三年之后，正式出臺(tái)行人保護(hù)法規(guī)。

當(dāng)前階段，在對(duì)汽車保險(xiǎn)杠行人碰撞事故行人下肢保護(hù)研究的過程中，主要的展開方向就是道路交通事故的統(tǒng)計(jì)分析和計(jì)算機(jī)仿真研等。而且相應(yīng)的行人保護(hù)法規(guī)也在逐步實(shí)施中，對(duì)比國外，雖然國內(nèi)的行人保護(hù)方面存在一定的差距，但是此種現(xiàn)象正在不斷改善，各大研究學(xué)者在不斷加深研究。

2 保險(xiǎn)杠低速碰撞研究

汽車在行駛過程中，遇到低速碰撞時(shí)，保險(xiǎn)杠作為最重要的保護(hù)裝置，可以在安裝裝置產(chǎn)生彈性形變的過程中，對(duì)碰撞的能量進(jìn)行最大化的吸收，并且對(duì)汽車翼子板和縱梁等重要部位有著至關(guān)重要的保護(hù)作用，所以，在對(duì)車輛低速碰撞研究過程中，最為關(guān)鍵的內(nèi)容，就是保險(xiǎn)杠系統(tǒng)的研究?，F(xiàn)階段，不論是任何一個(gè)汽車生產(chǎn)國家，都制定了相應(yīng)的汽車低速碰撞法規(guī)和試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。舉例來講，我國的汽車前、后端保護(hù)裝置標(biāo)準(zhǔn)GB17354.

在對(duì)保險(xiǎn)杠低速碰撞研究的過程中，主要的研究內(nèi)容有以下幾方面，首先第一方面，就是對(duì)保險(xiǎn)杠在汽車正面低速碰撞過程中的動(dòng)力學(xué)相應(yīng)進(jìn)行研究;第二方面，就是對(duì)低速碰撞進(jìn)行討論，并且研究汽車追尾的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn);第三方面，就是通過志愿者測試的方式，依據(jù)相應(yīng)的測試數(shù)據(jù)，對(duì)追尾碰撞情形中，乘員傷害與車速之間的關(guān)系進(jìn)行研究;第四方面，就是對(duì)碰撞過程中，沖擊力大小和保險(xiǎn)杠自身吸能結(jié)構(gòu)壓縮量之間的關(guān)系進(jìn)行研究;最后一方面，就是對(duì)保險(xiǎn)杠發(fā)生結(jié)構(gòu)損壞的最小碰撞速度進(jìn)行研究。

國內(nèi)在對(duì)保險(xiǎn)杠碰撞研究的過程中，相關(guān)學(xué)者還將一種“擺錘式”的保險(xiǎn)杠低速碰撞試驗(yàn)裝置建立了進(jìn)來，進(jìn)而對(duì)低速碰撞中轎車成員的損傷程度和保險(xiǎn)杠的耐撞性進(jìn)行測試，以此為依據(jù)，將一種擺錘碰撞固定的保險(xiǎn)杠簡化測試方法研究出來，根據(jù)相應(yīng)的有限元仿真測試和具體的試驗(yàn)測試，證明該方法結(jié)果非?？煽俊＿€有相關(guān)學(xué)者以保險(xiǎn)杠低速碰撞法規(guī)為依據(jù)，將ANSYS/LS-DYNA模塊應(yīng)用進(jìn)來，進(jìn)而對(duì)某以小型客車的保險(xiǎn)杠進(jìn)行仿真研究，獲取到了相應(yīng)的關(guān)系曲線，根據(jù)后續(xù)的深入分析，將改善保險(xiǎn)杠低速碰撞性能的建議提了出來。同時(shí)，相關(guān)學(xué)社有將一種用于分析保險(xiǎn)杠低速碰撞安全和行人下肢保護(hù)性能的概念模型構(gòu)建了進(jìn)來。采取實(shí)驗(yàn)的方式，獲取到不同參數(shù)對(duì)于行人保護(hù)和低速碰撞的影響，同時(shí)，以這兩方面的性能要求為依據(jù)，將優(yōu)化方案聯(lián)合設(shè)計(jì)出來。

總的來講，我國對(duì)于保險(xiǎn)杠低速碰撞的研究相對(duì)交完，整體的設(shè)備也具備簡單化特點(diǎn)，不論是對(duì)于保險(xiǎn)杠行人下肢保護(hù)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(xiǎn)杠行人保護(hù)與低速碰撞性能研究改進(jìn)

3.1 碰撞接觸算法

首先就是動(dòng)態(tài)約束法，在最早期接觸的一種算法就是動(dòng)態(tài)接觸發(fā)，主要就是以一個(gè)時(shí)間步長為基礎(chǔ)，對(duì)每一個(gè)時(shí)間步長構(gòu)型之前，會(huì)檢查和判斷節(jié)點(diǎn)的情況，如果節(jié)點(diǎn)已經(jīng)穿透了主表面，并且根據(jù)對(duì)時(shí)間步長的調(diào)節(jié)，進(jìn)行修正;如果在判斷的過程中，發(fā)現(xiàn)主表面上已經(jīng)存在節(jié)點(diǎn)，則將相應(yīng)的約束世家進(jìn)來，確保節(jié)點(diǎn)不動(dòng)，與此同時(shí)，對(duì)主表面上與從節(jié)點(diǎn)相連處的單元是否受到外界拉力的問題繼續(xù)寧同時(shí)檢查，如果存在拉力，則要根據(jù)拉力，在主表面上，對(duì)該從節(jié)點(diǎn)進(jìn)行釋放。

其次，就是分配參數(shù)法。主要就是在對(duì)兩物體在邊界相互互動(dòng)且并沒有實(shí)現(xiàn)相互分離的接觸類型中，將該接觸算法應(yīng)用進(jìn)來。主要的原理，就是先在煮面上將跟主面接觸的單元質(zhì)量分配一半過來，然后以具體的基礎(chǔ)內(nèi)應(yīng)力為依據(jù)，對(duì)主面進(jìn)行確定，然后根據(jù)計(jì)算，獲取到相應(yīng)的質(zhì)量和壓力這兩個(gè)參數(shù)，依據(jù)此，對(duì)主表面的加速度和從節(jié)點(diǎn)的速度和加速度值進(jìn)行修正，就可以避免發(fā)生節(jié)點(diǎn)穿透的問題。

3.2 可變形壁厚及保險(xiǎn)杠有限元模型的建立

在CATIA軟件之中，以實(shí)際尺寸為依據(jù)，可以將變形壁障的集合模型建立進(jìn)來。簡化吸能塊表面的溝槽，為平滑圓弧面，然后開展由結(jié)構(gòu)非線性我呢提變?yōu)椴牧戏蔷€性我呢提的吸能塊有限元分析類型，實(shí)際的試驗(yàn)效果保持不變。在具體的實(shí)驗(yàn)過程中，可以發(fā)現(xiàn)，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(dá)到一種靜止的狀態(tài)。如圖1和圖2所示，分別為可變形壁障有限元模型和保險(xiǎn)杠及車體有限元模型。

結(jié)語：總而言之，我國對(duì)于汽車保險(xiǎn)杠行人保護(hù)與低速碰撞性能的研究，還需要進(jìn)一步深化和改進(jìn)，相信在不久的未來，可以趕超國外。

參考文獻(xiàn)：

[1]崔淑娟，劉明，趙清江，范體強(qiáng).汽車前端結(jié)構(gòu)的行人大腿碰撞保護(hù)性能研究[J].汽車工程學(xué)報(bào)，2020，10（04）：263-268.

[2]朱云娟，傅加榮，錢志峰，彭佳.基于行人保護(hù)試驗(yàn)的前保險(xiǎn)杠設(shè)計(jì)優(yōu)化[J].汽車工程師，2019（11）：39-40+59.