基于行人保护FLEXPLI腿型的车辆前结构改进分析

韩海英++赵正++谭冰花++李博

摘要： 歐盟新车评价规程Euro NCAP中的TRL腿型验算即将被FLEXPLI腿型验算替代，所以针对前者开发的某款车型在使用新标准验算时不能得到满分。运用计算机仿真对该车型前端结构进行改进：去除前保险杠吸能泡沫；重新设计W形结构的下腿部保护横梁，在碰撞点对应位置增加与FLEXPLI腿型宽度相同的加强筋，加大下腿部保护横梁与前保横梁的距离；改进导风板局部结构。对改进后前端结构进行FLEXPLI腿型验算，达到得分为满分的目标。

关键词： 汽车安全； 汽车前端结构； 行人保护； FLEXPLI腿型

中图分类号： U463.821文献标志码： B

Vehicle front structure improvement and analysis based on

FLEXPLI legform for pedestrian protection

HAN Haiying， ZHAO Zheng， TAN Binghua， LI Bo

（Advanced Engineering & Core Technology Institute， Chery Automobile Co.， Ltd.， Wuhu 241009， Anhui， China）

Abstract： The TRL legform checking calculation in Euro NCAP will be replaced by FLEXPLI legform checking calculation ， so a vehicle type which is designed on the basis of TRL legform will fail to achieve full marks when the new standard checking calculation is pushed out. The front structures of this vehicle are improved by computer simulation. The absorbing energy foam in front bumper is removed. The Wshape pedestrian cruris protection bumper is redesigned： the reinforcing ribs are added corresponding to the impact points and its width is equal to the legform width in FLEXPLI， the distance between cruris protection bumper and front bumper is increased， and the local structures of air deflector is improved. The FLEXPLI legform checking calculation is carried out for the original and improved front structures， and the goal of full marks can be achieved.

Key words： vehicle safety； vehicle front structure； pedestrian protection； FLEXPLI legform

收稿日期： 2017[KG*9〗02[KG*9〗10修回日期： 2017[KG*9〗03[KG*9〗29

作者简介： 韩海英（1986—），女，安徽芜湖人，工程师，研究方向为汽车行人保护，（Email）hanhaiying@163.com0引言

汽车安全性是汽车设计的重要课题之一，在汽车安全设计中，行人保护越来越受到重视。欧盟新车评价规程Euro NCAP早已将行人保护作为评价内容之一，而且所占比例越来越高。[12]中国新车评价规程CNCAP计划于2018年加入行人保护评价，且五星门槛高达65%，对行人保护设计能力提出更高的要求。[3]Euro NCAP从7.0版本开始将行人下腿部评价更新为FLEXPLI腿型。[45]与原来的TRL腿型相比，FLEXPLI腿型的伤害指标和评价方法有很大变化，对车辆前端结构的要求也发生一定变化，给新车型的开发提出新的挑战。[6]

影响行人下腿部保护的车辆前端结构主要有前保险杠横梁及其吸能装置、下腿部保护横梁、发动机罩前缘、前保险杠蒙皮、前大灯等。由于车辆造型的限制，前保险杠蒙皮、前大灯和发动机罩前缘改动量较小[7]，前保险杠横梁及其吸能装置和下腿部保护横梁对下腿部起主要影响作用。由于伤害指标及评价方法的更新，FLEXPLI腿型与TRL腿型对于前端结构的要求不尽相同。[8]本文针对某开发车型，基于Euro NCAP行人下腿部碰撞要求，对其前端结构进行改进，结果达到Euro NCAP FLEXPLI腿型评分为满分。

1Euro NCAP行人下腿部评价规程

在Euro NCAP中，TRL腿型伤害指标为胫骨加速度、弯曲角度和剪切位移，FLEXPLI腿型伤害指标分为韧带伸长量和胫骨弯矩2类，具体伤害指标及性能值见表1。[9]

Euro NCAP TRL腿型评价规定在前保险杠上选择最能引起伤害的3个碰撞点，每个碰撞点按照伤害指标中最差项算分，满分为2分，介于高低性能值之间时采用线性插值计算得分，3个碰撞点得分相加即为TRL腿型评价的最终得分。

Euro NCAP FLEXPLI腿型评价规定每个碰撞点的得分由胫骨弯矩和韧带伸长量组成，2项满分均为0.5分，其中：胫骨弯矩按照T1～T4中最差项结果进行评价；韧带伸长量中的ACL和PCL小于10 mm可得分，大于10 mm不得分，MCL与胫骨弯矩评分方法相同。将碰撞区域内每个碰撞点的得分相加除以碰撞点的个数，可得到FLEXPLI腿型评价的最大得分率，最大得分率乘以6即为FLEXPLI腿型评价的最终得分。[10]endprint

2初步分析

2.1模型建立

截取车辆前端结构模型，见图1。车辆前端结构采用5 mm×5 mm的网格尺寸划分网格，约束后端6个自由度，下腿部保护横梁采用塑料件，前保横梁吸能泡沫密度为30 g/L。FLEXPLI腿型分析采用HUMANETICS公司开发的FLEXPLI GTR有限元腿型，其网格划分和结构示意见图2，其中LCL为膝盖外侧韧带伸长量。该模型共有30个传感器，总质量为13.04 kg[11]。

2.2结果分析

在某车型开发初期，根据前文建立的模型分析Euro NCAP TRL腿型，结果见表2，总分为满分。从2014年开始，Euro NCAP更新下腿部模型，对伤害指标和评价标准均进行更新，要求计算FLEXPLI腿型，原车型分析结果见表3，行人保护下腿部总分为4.57分，表中下划线数据表示未得到满分。因此，基于TRL腿型开发的车型，应用FLEXPLI腿型试验，取得满分存在风险。表 2Euro NCAP TRL腿型分析结果

Tab.2Euro NCAP TRL legform analysis results碰撞区域边界中间位置拖车钩位置胫骨加速度/g140125137膝盖弯曲角度/（°）0.968.3111.7剪切位移/mm0.700.670.94分项得分222总分6由表3可以看出：FLEXPLI腿型除L±6这2个碰撞点外，其余碰撞点均没有得到满分；L-4～L+4这9个点的胫骨弯矩超过Euro NCAP高性能指标，L±5及L-3这3个点的ACL超出Euro NCAP得分值。

对比分析TRL腿型和FLEXPLI腿型的工作原理动画和伤害指标的曲线，发现车辆前端结构对2种腿型的作用不同。

（1）对于TRL腿型而言，前保险杠吸能泡沫的刚度对降低胫骨加速度起很大作用，所以前保险杠吸能泡沫的布置空间对于TRL腿型来说至关重要。下腿部保护横梁与前保险杠泡沫的刚度及位置的合理匹配可有效降低膝盖弯曲角度。剪切位移一般均可小于Euro NCAP高性能指标。

（2）对于FLEXPLI腿型而言，前保險杠吸能泡沫的刚度对韧带伸长量和胫骨弯矩的作用降低，吸能效果变得不明显。合理布置前保险杠横梁与下腿部保护横梁的相对位置，才能保证FLEXPLI腿型在运动过程中保持平直。FLEXPLI腿型在碰撞中的平直状态能够减小韧带伸长量和胫骨弯矩，另外，车辆前端结构之间刚度的合理匹配对于降低伤害指标也起到关键作用。

3改进分析

3.1改进方案

在该车型的开发过程中，与造型相关的前保险杠蒙皮、前大灯、格栅和前保险杠等结构已经确定，更改这些零件的结构成本太高，最好通过改进车辆内部其他零部件的结构实现FLEXPLI腿型满分要求，具体方案如下。

3.1.1去除前保险杠吸能泡沫

从FLEXPLI腿型的运动姿态及伤害指标来看，由于前保险杠吸能泡沫的支撑，FLEXPLI腿型从中间关节处开始弯曲，在运动过程中不能保持平直状态，从而增加韧带伸长量。FLEXPLI腿型运动姿态见图3。去除前保险杠泡沫能够保持FLEXPLI腿型在运动过程中的平直状态，而且从降低成本的角度来看，也是非常有利的。需要注意的是，该改进方案并不完全适用于所有车型，只有在前保险杠横梁与前保险杠蒙皮之间的空间满足经验值且前保险杠蒙皮和格栅刚度均匀的前提下，去除前保险杠吸能泡沫才是有效的改进方案。由于预留吸能空间，去除泡沫对低速碰撞法规的通过性不会产生影响。在新车型设计初期，为行人保护设计预留足够的空间至关重要。

图 3FLEXPLI腿型运动姿态

Fig.3FLEX PLI legform motion attitude

3.1.2重新设计下腿部保护横梁

在该车型开发初期，沿用现有车型的下腿部保护横梁即可满足TRL腿型满分要求，但是更新为FLEXPLI腿型后，该横梁的刚度不能满足满分要求，须重新设计，具体结构见图4。图中虚线内的2个加强筋宽度与FLEXPLI腿型宽度一致，这组加强筋从车辆中间位置开始沿y向每隔100 mm设置一组，与FLEXPLI腿型碰撞点位置对应，共设置7组加强筋。图中实线内加强筋为L±4和L±5这4个点提供支撑作用。下腿部保护横梁的截面见图5，W形结构沿z向贯穿整个撞击区域，该结构增加横梁的刚度，防止下腿部向车辆下端甩动，横梁吸收更多碰撞能量。

图 4下腿部保护横梁结构

Fig.4Crossbeam structure for lowerleg protection

图 5下腿部保护横梁结构截面

Fig.5Section of crossbeam structure for lowerleg protection

将下腿部保护横梁的位置x向前移13 mm，加大其与前保险杠的x向距离。该位置的更改主要是考虑去除前保险杠吸能泡沫后，下腿部在最初运动过程中缺少支撑，将下腿部保护横梁x向前移，能够弥补这一支撑作用，使得下腿部在运动过程中保持平直。

3.1.3导风板结构优化

分析L±4和L±5这4个碰撞点的运动姿态发现：由于造型原因，发动机盖前沿较其他碰撞点后移，下腿部上端的支撑作用减小，韧带伸长量增加。导风板位于碰撞点L+4与L+5和L-4与L-5之间，优化导风板结构可以有效地支撑L±4和L±5这4个碰撞点的下腿部关节，进而减小伤害指标。优化结构见图6。沿着图6a）的箭头分别向y向和x向延长扰流板局部结构，其中箭头1方向移动至y=500 mm的位置，箭头2移动至前保险杠前端50 mm的位置，改进后结构见图6b）。图中实线圈内的结构可以吸收L±4这2个对称位置碰撞时产生的能量，达到降低伤害指标的作用，虚线圈内的结构可以对L±5这2个对称碰撞点起支撑作用，控制碰撞过程中FLEXPLI腿型平直的运动姿态。endprint

3.2改进结果分析

综合上述3个方案进行CAE分析，结果见表4。改进后的结构得到Euro NCAP FLEXPL1腿型评价满分。由表4可以看出，车辆前端结构的合理设计及相互间刚度的匹配对降低FLEXPLI腿型伤害指标至关重要。

4结论

根据Euro NCAP行人TRL腿型开发的车型，当使用FLEXPLI腿型验算时，车辆评价得分降低。对车辆前端结构进行改进，有效降低碰撞点的伤害指标，并达到新Euro NCAP下腿部满分要求。

（1）在碰撞空间允许并满足低速碰撞的前提下，去除前保险杠吸能泡沫，能够减小前保险杠泡沫对FLEXPLI腿型的支撑作用，而且能降低整车成本。 （2）下腿部保护横梁中与碰撞点对应的y向加强筋和z向W形结构可以起到有效的支撑作用，可减少下腿部向车辆下方的甩动；增加下腿部保护横梁与前保险杠的x向距离可以使下腿部在运动过程中保持平直，降低伤害指标。（3）在满足导风板基本导风功能的前提下，改进其局部结构可以对附近位置的FLEXPLI腿型下腿部起到很好的保护作用。

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LIU W G， LYU X J， SUN L Z，et al. Development and status of pedestrian flexible legform impactor abroad[J]. Chinese Journal of Automotive Engineering， 2014， 4（6）： 455460.（编辑武晓英）第26卷 第6期2017年12月计 算 机 辅 助 工 程Computer Aided En-gineeringVol.26 No.6Dec. 2017endprint