行人保护小腿碰撞分析

常尊辉，李华香，史建鹏

（东风汽车公司 技术中心，武汉 430058）

以往汽车设计时，往往只考虑车辆对乘员的保护程度，而忽略了对行人等弱势群体的保护。随着社会和汽车工业的不断发展，对行人等弱势群体的保护越来越受到重视，各国相继出台了行人保护法规，加强对行人等弱势群体的保护。我国在2009年出台了行人保护法规 GBT24550-2009［1］，目前虽然属于推荐性标准，但未来实施的可能性很大。因此，在车型开发的早期及时开展相关仿真分析有助于降低风险，是非常有必要的。

本文以某车型为例，建立了行人保护小腿碰撞分析有限元模型，并进行了仿真分析；根据分析结果，提出了相应的改进措施，使得该车型满足行人保护小腿碰撞法规要求。

1 GBT行人保护小腿碰撞评价指标

在GBT中，行人保护小腿碰撞评价指标有：小腿加速度、膝部弯曲角及膝部剪切位移，其碰撞评价指标如表1所示。

表1 行人保护小腿碰撞评价指标

2 行人保护分析模型建立

2.1 车辆模型建立

用于行人保护碰撞仿真分析的车辆模型只需要车辆的前半部分，包括发动机罩盖、防火墙及其之前的部分、发动机舱内部的各种附件及前悬架等结构。一般截取B柱以前的车辆结构作为仿真用模型。车辆网格模型在hypermesh中建立，主要进行网格划分和网格模型检查，模型的设置主要在PAMCRASH中进行。图1所示为建立的某车型行人保护有限元分析模型。

2.2 行人保护小腿模型

小腿冲击器采用ESI公司设计的小腿模型，由两个外覆泡沫的刚性件组成。冲击器总长为926±5 mm，质量为 13.4±0.2 kg，如图 2 所示。

2.3 小腿碰撞区域划分

根据GBT腿部碰撞区域划分规则，行人保护腿部碰撞区域由保险杠角、保险杠上部基准线和保险杠下部基准线组成，该车型小腿碰撞区域划分结果如图3所示。

2.4 碰撞位置的选择

GBT中要求选择最容易对行人小腿造成伤害的点作为试验点，一般选择车辆中间位置、前纵梁处以及保险杠边缘的点作为目标点。车辆中间点位置碰撞角度最小，小腿容易产生弯曲变形；前纵梁处结构刚度比较大，小腿容易产生较大的加速度；保险杠边缘泡沫比较少，容易对小腿造成伤害，该车型所选择的碰撞位置如图4所示。

2.5 约束及载荷处理

GBT中要求：被切割的车身应牢固地安放在支撑架上；小腿冲击方向应平行于车辆纵向垂直平面；小腿与保险杠第一接触时刻，小腿底部应位于地面基准平面25 mm。仿真分析中，模型约束及载荷处理如图5所示。

1）约束车辆截面处六个方向的自由度。

2）对小腿模型沿X向施加40 km/h的速度载荷。

3）小腿模型下端距地面基准平面25 mm。

3 仿真分析结果

利用PAMCRASH求解器进行计算，所选择碰撞点的计算结果如表2所示。

表2 仿真分析结果

由分析结果可以看出，碰撞位置1膝部弯曲角已经超出法规要求的限值，碰撞位置2膝部弯曲角也比较大，接近法规限值，存在风险。由图6及图7可以看出，车辆上端前保险杠中间支架结构较弱，小腿上部缺乏足够的支撑。

4 优化改进分析

根据原方案（见图8）的分析结果，提出加强车辆上端前部保险杠中间支架结构的刚度，为小腿提供支撑，减小小腿弯曲程度，新方案如图9所示。

更改前部保险杠中间支架结构，优化前后分析结果对比如表3所示。

表3 优化前后分析结果对比

由分析结果可以看出，小腿加速度略微有所增加，膝部弯曲角和膝部剪切位移均有所减小，膝部弯曲角满足法规要求。优化前后车辆上端变形如图10、图11所示，可以看出，车辆上部结构变形较原方案有所减小。

5 结论

本文以某车型为例，建立了行人保护小腿碰撞分析有限元模型，并进行了仿真分析；根据分析结果，提出了相应的改进措施，使该车型满足行人保护小腿碰撞法规要求。

［1］GBT24550-2209，汽车对行人的碰撞保护［S］。