汽车行人头部保护方案开发

李志鹏，柴凯，徐晓春，于波



汽车行人头部保护方案开发

李志鹏，柴凯，徐晓春，于波

（华晨汽车工程研究院，辽宁 沈阳 110141）

汽车的安全越来越受到重视，尤其是对车内成员的保护，但车辆对行人的保护还远远不够。随着新法规的实施，行人保护也逐渐受到重视，文章从车辆的造型、钣金结构、CAE、试验几个方面入手，论述了行人头部保护方案的开发。

行人头部碰撞；CAE仿真；钣金；试验；C-NCAP

前言

近几年，我国每年有上千万的新车上路，保有量巨大。随之而来的是汽车安全问题，在行人的事故中，有一类事故是可以通过对汽车的前期设计，达到降低伤害程度的目的，这就是汽车的行人保护技术，我国2018年的C-NCAP试验中增加了行人保护的试验，行人保护越来越受到重视。

行人保护试验中，包括：成人头部碰撞试验、儿童头部碰撞试验、大腿碰撞试验、小腿碰撞试验，其中头部碰撞试验得分比重大，意味着实际事故中行人的头部受到的伤害也是最大的。

因此，本文将对行人头部保护方案的制定、CAE分析、试验等相关技术事项进行阐述，如下文。

1 案开发流程

图1 行人头部保护开发流程

行人头部保护方案开发流程如图1所示。每个主机厂的流程都不尽相同，但主要的验证方式都是前期CAE仿真分析，后期实车头部碰撞试验。头部碰撞试验成本较高，CAE仿真分析成本较低，都是主流设计验证方法。

2 行人头部保护方案制定

（1）造型方案定义

行人保护头部碰撞试验，需要在汽车前部根据规则划出碰撞区域，该区域为封闭的区域，集中在发动机盖和翼子板上部。此区域内造型直接影响碰撞试验的得分，在实际的事故中影响着行人头部伤害的程度。

在此区域的造型既要满足美观，又要降低对行人的伤害，发动机盖外板不要设计有尖锐的棱角，即使有棱角也要弱化，如果出于造型的特殊需求，将尖锐的棱角设计在碰撞区域之外，这样就不影响碰撞试验的得分情况。

图2 头部碰撞区域划分

（2）结构上的设计

1）发动机盖的结构设计。在布置方面，如图3所示，发动机盖外板头部碰撞区域内下方80mm范围内（虚线下方），禁止布有不能压溃变形的零部件，比如发动机、电瓶等。在自身结构方面，钣金结构的刚度要求降到最低，在头部碰撞后钣金结构自身能变形压溃，以吸收碰撞能量，从而降低对行人头部的伤害。

图3 发动机盖侧向断面

2）发动机盖铰链的结构设计。发动机盖铰链为满足发动机盖的开关，设计上往往采用料厚较厚的材料，如果发动机盖铰链的位置处于头部碰撞区域之内，须对铰链座的结构进行弱化处理，目的还是减少对行人头部的伤害。如图4是未进行弱化处理的铰链，如图5是进行弱化处理的。

图4 非压溃结构铰链

图5 压溃结构铰链

（3）主动行人保护的应用

近些年，因为传统结构上的行人保护设计，效果并不十分突出，所以各大车企颠覆了传统设计，采用主动保护结构保护行人头部。常用的形式有：主动发动机盖铰链，在传感器感知到有行人碰撞到发动机盖时，铰链弹起，增加了发动机盖的吸能空间。如图6。另外一种方案是在主动铰链的基础上增加安全气囊，在碰到行人时，气囊弹出，对头部起到缓冲的作用，这样可以进一步降低行人头部受到的伤害。如图7。

图6 主动式铰链

图7 主动式气囊

3 行人头部保护方案CAE分析

图8 CAE模拟分析

发动机盖设计完后并不急于投产，要经过CAE仿真分析，将设计的3D数据和人头部数学模型在CAE软件中网格化，然后输入力学环境，对数据进行分析，计算结果包括头部伤害值，钣金结构变形量和头部模型的加速度值。根据这些结果，分析行人保护的效果，对3D数据进行设计指导，之后再对数据进行分析，直到满足CAE仿真分析的量化要求。

4 头部碰撞试验

（1）头部碰撞试验的种类

设计全面完成之后，紧接下来就是制造样车。头部碰撞试验可以验证设计的实际情况。在样车上划分出头部碰撞区域，这里需要注意的是，区域要和CAE分析中的区域保持一致。碰撞区域分为儿童头部碰撞区域和成人头部碰撞区域。如图9所示。

图9 头部碰撞试验示意图

1）儿童头部碰撞试验。儿童头部碰撞器重3.5kg，以35km/h的速度冲击车辆前端的儿童头部碰撞区域。测量其中的物理量，计算HIC值，对比法规要求，判断是否合格。

a为测量出的合成加速度，是g的倍数（1g=9.81m/s2）。t1和t2为碰撞过程中的两个时刻（以s为单位），碰撞开始和结束之间的某一段时间区间，在该时间区间内HIC取最大值。

2）成人头部碰撞试验。成人头部碰撞器重4.5kg，以35km/h的速度冲击车辆前端的成人头部碰撞区域。同样计算HIC值，进行判断。

最后根据试验结果再一次修改设计，直到得到满意的结果为止。

5 总结

行人头部保护在2018年C-CNAP中已成为必检内容，得分计入C-CNAP总分之中，可见其重要性，这已然是汽车安全性的一个风向标。

在这种背景下，行人头部保护变得极为重要，这给主机厂带来新的挑战，可从车辆造型、钣金结构、CAE仿真分析、样车试验几个方面入手，经过系统的控制，产品必然会实现设计理念。

行人头部保护不是一劳永逸的，新技术新材料层出不穷，方案必须要紧跟设计前沿，这样的方案才能更加有效、持久。

[1] 于波.汽车与行人碰撞头部保护安全性能开发.吉林大学[D].2017.

[2] 毕腾飞.汽车碰撞行人时对行人头部保护的研究.武汉理工大学[D].2013.

[3] 龙腾蛟.基于行人保护的轿车前部造型特征研究湖南大学[D]. 2012.

[2] GB-T 24550-2009汽车对行人的碰撞保护.

[3] 2018版C-NACP管理规则.

ProjectDevelopmentOfPedestrian Proctection

Li Zhipeng, Chai Kai, Xu Xiaochun, Yu Bo

( Brilliance Auto R&D Center, Liaoning Shenyang 110141 )

More and more attention has been paid to the safety of cars, especially to the protection of the members of the car, but the protection pedestrian is far from enough. With the implementation of the new regulations, pedestrian protection has been paid more attention. This paper discusses the development of pedestrian head protection,scheme from the aspects ofshape, structure, CAE and test.

Pedestrian head impact; CAE simulation; sheet metal; test; C-NCAP

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.10.033

U467

A

1671-7988(2019)10-94-03

U467.1

A

1671-7988(2019)10-94-03

李志鹏，工程师，就职于华晨汽车工程研究院。