汽车电子油门踏板设计与碰撞安全性之间关系研究

方取玉

（奇瑞汽车股份有限公司，安徽 芜湖 241000）

1 研究背景

近年，某款车型在某媒体试乘试驾过程中，由于“非正常”使用和误操作，导致电子油门踏板臂（悬臂式）发生断裂现象（见图1），经过系列排查和同批次抽检（10个样件），排除产品一致性质量问题，符合前期产品结构设计定义。

某款车型开发过程中，进行中国新车安全星级评价规程（C-NCAP）中[1]，50km/h正面100%刚性墙碰撞摸底测试时，发现驾驶员侧假人右腿部得分仅为1.16分（满分2.0分），不满足开发目标定义（≥1.5分），主要表现集中在腿部 TI值过大。通过CAE和试验对标分析，确认问题来源该车型电子油门踏板在试验过程中，未能有效溃缩断裂，将力传递至假人腿部导致其伤害值增加。

图1 某车型电子油门踏板断裂

如何解决上述日常使用可靠性和碰撞安全性这两者看似“矛盾”的设计理念，是本文研究的重点。

图2 电子油门踏板结构示意图

2 研究策略

2.1 结构设计原理

通常来说，电子油门踏板（悬臂式）会设计成断裂形式（见图2），主要出于碰撞中对驾驶员腿部的保护，当主动或被动碰撞发生时，如果驾驶员的脚部依旧处在油门踏板上，巨大的撞击力会通过油门踏板传递至小腿，对人身造成伤害。碰撞后油门踏板断裂，则会避免力的传导，保护驾驶者腿部。这就需要踏板臂设计越弱越好。

但这自然会和日常使用可靠性发生冲突，从这维度来说，要求踏板臂设计的越强越好。这两者“矛盾”如何兼顾？需要设计合理的断裂力，即静强度要求（见图3），主要分为正向力（本文研究重点）、侧向力、反向力和斜向力4种要求。其中，正向力要求主要关系到日常使用可靠性和碰撞安全性要求，侧向力、反向力和斜向力主要是从事故救援角度考虑设计。

图3 静强度测试要求

2.2 行业标准研究

考虑电子油门踏板（悬臂式）日常使用可靠性，中国汽车行业专门制定了一套推荐性标准《QC/T977-2014》[2]，其中，静强度要求如表1：

表1 QC/T977-2014 静强度要求

2.3 日常和“非正常”使用测试研究

为了研究日常使用可靠性问题。我们分别寻找3名符合中国特色代表的人群，即1名50kg左右女性（约160cm），1名 75kg左右男性（约 175cm）和 1名 90kg左右男性（约185cm），对其日常行驶过程中，油门踏板与脚部的最大接触力测试统计，和“非正常”情况下，脚部对踏板作用力情况统计（见表2）。

根据测试统计结果发现，为满足日常使用，电子油门踏板静强度（正向力）≥350N即可。但考虑小部分人群的“非正常”驾驶情况，踏板静强度设计要求（正向力）可提至900N。

表2 踏板作用力统计

备注：“非正常”使用，为车辆空挡熄火情况下，驾驶员脚部对油门踏板的最大作用力。

2.4 碰撞安全性研究

电子油门踏板，直接与驾驶员脚部接触，在碰撞过程中，可能会因为前舱受力挤压，直接通过油门踏板传递至驾驶员脚部，可能导致驾驶员腿脚部受伤。也正因为此，在欧洲新车安全星级评价规程（EURO NCAP）[3]及中国新车安全星级评价规程（C-NCAP）中，对于碰撞测试后油门踏板的后移量和上移量都有明确的要求。这就需要油门踏板设计合理的断裂力，确保碰撞过程中，油门踏板能顺利断裂。

基于某款车型，通过CAE Dyna软件模拟分析C-NCAP中 50km/h 正面 100%刚性墙壁障碰撞试验和 64km/h 正面40%可变形壁障碰撞试验2种工况得知（见图4），驾驶员脚部对油门踏板接触力（正向力）约在1200～1800N，若要确保碰撞过程中，电子油门踏板能顺利断裂，则静强度设计（正向力）应小于1200N。

图4 CAE仿真结果

2.5 竞品车企研究

通过10个竞品车企（中国品牌6个和合资品牌4个）电子油门踏板静强度要求汇总对比表（见表 3）分析，静强度要求（正向力）为900～1200N。

表3 竞品车企要求统计

2.6 静强度设计

通过上述行业标准、竞品车企、日常使用测试和碰撞安全性CAE仿真结果分析等研究，我们对电子油门踏板静强度要求进行设计定义，即在加载速度20mm/min的载荷下，电子油门踏板（悬臂式）发生断裂时，正向力值为900～1200N、侧向力值为300～400N和

反向力值为300～400N。

3 验证结果

基于某款车型电子油门踏板（悬臂式），我们让厂家按设计要求生产同批次10套样件，用于“非正常”使用测试和搭载整车高速碰撞试验（50km/h 正面100%刚性墙碰撞试验）。

“非正常”使用，共测试5套样件，其断裂力（正向力）分别为1060N、1120N、1080N、1100N和980N，满足大部分人群的日常使用可靠性要求（≥900N）。

图5 假人腿部伤害对比

同时，随机抽取1套样件搭载某款车型整车高速碰撞试验，检验踏板臂断裂对驾驶员腿脚部的保护效果。通过试验结果显示，该车型油门踏板在碰撞过程中顺利断裂，且驾驶员右腿得分由1.16分提至1.78分，即对驾驶员腿部保护改善效果明显（见图5）。

4 结论

汽车电子油门踏板（悬臂式）结构设计，不仅要考虑日常使用所需的可靠性问题，也需考虑在发生激烈碰撞时，如何有效避免将前舱挤压变形所导致的力传递给驾驶员腿脚部，来降低驾驶员腿脚部伤害。同时，也考虑救援工作的便捷性，避免电子油门踏板卡住驾驶员腿脚部，影响救援工作，甚至会导致驾驶员腿脚部被截肢的可能性等。

通过本文的研究，电子油门踏板（悬臂式）设计可兼顾日常使用可靠性和碰撞安全性这两种上述看似“矛盾”设计理念。