2018C-NCAP行人保护头部碰撞前舱结构性能的研究

2018-02-03杨飘李燕龙刘颖文陈文李涛

汽车科技 2018年6期

杨飘李燕龙刘颖文陈文李涛

摘要：通过对2018版C-NCAP的解读与研究，结合多个项目在开发过程中针对机罩板件及其周边结构件的结构与性能的优化过程，并通过CAE分析与实际碰撞试验的验证。在定性方面，总结确定了前舱头碰区域设计过程中头碰保护碰撞点处结构需要优先考虑的的基本方向;定量方面，初步确定了碰撞点处的刚强度需要满足的要求与对应各级溃缩空间的要求。并由此来指导前舱机罩板件与周边结构件的结构设计。

关键词：2018版C-NCAP;头部碰撞保护;结构设计;定性与定量的研究

中图分类号：U463.83+3 文献标识码：A 文章编号：1005-2550（2018）06-0068-07

Study On The Balance Between The Pedestrian Protection And The Finger Pressure Performance Of Hood

YANG Piao， LI Yan-long， LIU Ying-Wen， CHEN Wen， LI Tao

（ Dongfeng ，Otor Corporation Techical Center， Wuhan 430058， China ）

Abstract： Through the interpretation and research of the 2018 edition of C-NCAP， optimization of structure and properties for the hood plate and its surrounding structures with multiple projects in the development process， and through the verification of CAE analysis and the actual impact test. In the qualitative aspects， summed up to determine the basic direction of the front head touch in the design process of regional head protection at the collision point structure need to be priority considered; In the quantitative aspects， Preliminary determination the requirements of the stiffness at the point of collision and the requirements of the corresponding collapse space. And thus to guide the structural design in front hood plate and surrounding structures.

1 背景

目前關于行人保护的法规，全球通行的为GTR9（2008版），欧盟等汽车发达国家和地区通行的为ECE R127（2014修订），这些法规成为汽车发达国家的强制性法规，是车辆进入市场的基本准入要求，特别是Euro-NCAP对新车的公开的考核发布，直接影响到车辆的销售以及车企的品牌

形象。国内通过对比GTR9形成推荐性法规GB/T 24550-2009，且随着国内车辆保有量突破3亿辆，人们对于安全意识的增强，C-NCAP经过2016版到现行的2018版的出台，对车辆前部结构的设计提出了更高的要求。为了提高开发车型关于行人保护头部碰撞的星级等级，研究影响头碰得分区域的结构对实际得分的影响并由此设计开发出高星级的车型成为当前各大车企的重大课题。

本文通过多个项目针对行人头碰的设计过程与实际试验结果，统计总结出头碰过程中的几种特征波形，对发动机罩板件与周边结构件的结构性能展开研究与总结。

2 典型试验结果的研究

2.1 多级衰减模型

2.1.1 模型说明

a）图1为多级衰减模型，碰撞过程中的头型的加速度满足：B=（0.45±0.1）A;C=（0.5±0.1）B;……

b）碰撞过程中的头型的加速度时间历程满足：t1

2.1.2 该模型在碰撞过程中的历程体现为

a）头型开始接触时，发动机罩表面接触点处刚性好，对头型有一个较强的支撑，头型加速度曲线急剧攀升，待头型运动一段距离后，突破了接触点处的结构刚度极限，使得接触点处出现压溃的现象，此过程头型的加速度形成一个峰值后迅速的降低下来;

b）虽然接触点处板件结构已压溃，但随着头型的继续运动，板件本身的强度对接触点处依旧形成了二级支撑，随着头型的位移带动了该点结构的变形，当该应变达到其强度极限时，形成二级溃缩;

c）二级溃缩后，板件对于头型的支撑作用基本上靠表面张力对整个头型的面的缓冲支撑，此时，头型的加速度曲线相对平缓的衰减，时间跨度上较前两级溃缩长的多。

2.1.3 定性方面

该波形曲线在结构性能上的体现为二维（面）高刚度、结构重溃缩、区域弱强度、整体网状辐射。

2.1.4 定量方面

通过对若干车型满足此波形曲线的统计与研究，可得出如下结论：

a）符合该波形曲线的碰撞点的得1分概率较高，大多数可以得到0.75，得分受模型参数影响。

b）当模型中的参数取值范围为：A∈（100，140），t1∈（3，6）时，碰撞点HIC<650，即得分为1。

c）符合该曲线的其余A与t1的取值范围下，当B>90，t2>7时，碰撞点HIC值于1000附近，可能得0.5分，其余情况HIC值靠近650，得分偏向0.75。

2.1.5 示例

图2是多级衰减模型示例，伤害值HIC小于650，头碰得分为1分的比较典型若干代表实例。通过对符合该波形曲线的碰撞点的位置统计，满足该曲线的区域存在于发动机罩板件中部减重结构区域。发动机罩前部若Y截面腔体的X向尺寸于300mm以上，可以通过优化外板加强板的结构使得碰撞曲线接近该模型。由于发动机罩两侧于后部截面腔体的非Z向尺寸均较小，形成该曲线的基本不可能。因而对发动机罩板件的结构设计上的重点需要放于中部减重区域。

2.2 登阶滑梯模型

2.2.1 模型说明

a）图3为登台阶滑滑梯，碰撞过程中的头型的加速度满足：A=（0.5±0.1）B;C=（0.3±0.1）B;……

b）碰撞过程中的头型的加速度时间历程满足：t1≈t2

2.2.2 该模型在碰撞过程中的历程体现为

a）头型开始接触时，发动机罩板件接触点处的刚性过高，头型接触后率先变形的部位为接触点周边刚强度薄弱处，且因变形突破其强度极限，因而头型加速度曲线会快速登上一级台阶后，受接触点处高刚度的影响，只能于台阶上波动一段时间。

b）当周边薄弱处充分变形吸能后，头型继续运动，受接触点的高刚性影响，加速度再次急剧攀升，并于应力超过结构的刚强度时，接触点被压溃，板件结构对头型瞬间失去强支撑，头型加速度曲线如跳水一般迅速下降。

c）经过上述两级过程后，结构件对于头型的支撑作用基本上靠表面张力对整个头型的面的缓冲支撑，此时，头型的加速度曲线相对平缓的衰减，时间跨度上较前两级溃缩长的多。

2.2.3 定性方面

该波形曲线在结构性能上的体现为一维（线）高刚度、线双侧弱强度、线下溃缩空间足。

2.2.4 定量方面

通过对若干车型满足此波形曲线的统计与研究，可得出如下结论：

a）符合该波形曲线的碰撞点的得分或1分或0.75分，得分主要受B值影响。

b）当模型中的参数取值范围为：B<120，t2∈（4，8），且有t1≈t2时，碰撞点HIC<650，即得分为1。

c）符合该曲线的其余B与t2的取值范围下，碰撞点HIC值均大于但靠近650，得分可保证0.75分。

2.2.5 示例

图4是登阶滑梯模型比较典型的实例，其伤害值HIC小于650，头碰得分为1分。通过对符合该波形曲线的碰撞点的位置统计，满足该曲线的区域存在于发动机罩板件两侧外观特征筋处，越远离铰链和大灯，其特性曲线与模型越接近。鉴于机罩上的特征筋大多数处于机罩两侧靠近分缝线，且由于常规设计条件下，两侧区域里外板之间仅仅形成了空腔，因而，该区域的截面尺寸成为设计得分重點。

2.3 无峰模型

2.3.1 模型说明

a）图5为五峰模型，碰撞过程中的头型的加速度如断背之山，无峰。

b）碰撞过程中其加速度表现为：急速上升后，于高台上持续震荡，然后快速衰退。

2.3.2 该模型在碰撞过程中的历程体现为

a）头型开始接触时，发动机罩表面接触点主要受结构强度影响，头型加速度急速上升后，结构表面刚度偏弱而整体结构强度偏强，使得头型加速度上升到一定值后主要受整体强度的支撑而于高处震荡。

b）高位持续一段时间后，头型位突破结构强度极限而压溃，但又受整体结构的强度辐射范围的影响，加速度的衰退有先急速再缓速的趋势。

c）最后加速度于低位持续震荡。

2.3.3 定性方面

该波形曲线在结构性能上的体现为表面刚性差、结构强度强、结构下部溃缩空间受限。

2.3.4 定量方面

通过对若干车型满足此波形曲线的统计与研究，可得出如下结论：

a）符合该波形曲线的碰撞点的得分基本处于0.75或0.5，其主要受限因素为A和t1。

b）当模型中的参数取值范围为：A>100时，通常高位震荡时间t1会短，其整体波形形态成“目”字型，其碰撞点HIC会略大于1000，其得分为0.5。

c）当模型中的参数取值范围为：A<100，高位震荡时间t1会长时，其整体波形形态成“皿”字型，其碰撞点HIC均会小于1000，其得分为0.75。

2.3.5 示例

图6为“目”型、如图7为“皿”型波形的为无峰模型的典型实例，图7伤害值HIC大于1000，属于0.5分区域，图8为HIC小于1000，但接近1000，属于0.75分区域。通过对符合该波形曲线的碰撞点的位置统计，满足该曲线的区域存在于发动机罩板件后缘线200mm范围内，其中越靠近两侧铰链加强板侧，则全线越倾向于“目”型。鉴于“皿”型比“目”型曲线更有利于得分，且考虑到该区域于板件内部结构无法作为，因而，后续在该区域内的设计更倾向于优化里外板的截面，适当提高表面刚度而弱化截面强度。

2.4 孤峰模型

2.4.1 模型说明

a）图8为孤峰模型，碰撞过程中的头型的加速度曲线仅形成一个波峰。

b）碰撞过程中其加速度表现为：急速上升到达极值，然后快速衰退。

2.4.2 该模型在碰撞过程中的历程体现为

a）头型开始接触后，头型的支撑由结构刚强度共同作用，加速度迅速攀升，随后结构的变形量超过其极限而被强制压溃，进而加速度快速衰减下来。

b）最后加速度于低位持续震荡。

2.4.3 定性方面

该波形曲线在结构性能上的体现为表面刚性和结构强度均强、无溃缩结构。

2.4.4 定量方面

通过对若干车型满足此波形曲线的统计与研究，可得出如下结论：

a）符合该波形曲线的碰撞点的得分基本处于0.75或0.5，其主要受限因素为A和t1。

b）当模型中的参数取值范围为：A<120，t1>15时，其碰撞点HIC会偏向650，得分0.75。

c）当模型中的参数取值为其它时，不可控。

2.4.5 示例

图9是孤峰模型的一个典型的实例，通过对符合该波形曲线的碰撞点的位置统计，满足该曲线的区域存在于发动机罩板件内板减重区域的外边界支撑外板的整圈附近。该区域鉴于常规设计中考虑到机舱降罩问题而很少设计弱化立边的溃缩结构，因而，后续设计开发车型中合理布置机罩隔音垫与里板贴合面，在里板立面上做溃缩结构，既能够达成隔音又能利于碰撞成为后续设计的重点。该波形若在结构上设计有效的溃缩结构，可向多级衰减模型演变。

2.5 驼峰模型

2.5.1 模型说明

a）图10为驼峰模型，碰撞过程中的头型的加速度曲线形成两个波峰。

b）碰撞过程中其加速度表现为：急速上升到达极值，突破结构强度极限后迅速压溃，然后再次受结构的强支撑，加速度再次快速提升，然后快速衰退。

2.5.2 该模型在碰撞过程中的历程体现为

a）头型开始接触后，头型的支撑由结构刚强度共同作用，加速度迅速攀升，随后结构的变形量超过其极限而被强制压溃，进而加速度快速衰，衰减途中，由于板件整体结构受到下部环境件的强支撑，头型加速度再次迅速攀升，最终随着头型的位移，板件结构变形突破其强度极限而压溃，使得加速度衰减下来。

b）最后加速度于低位持续震蕩。

2.5.3 定性方面：

该波形曲线在结构性能上的体现为表面刚性和结构强度均强、板件变形空间受限，板件结构下部有强硬点支撑。

2.5.4 定量方面

通过对若干车型满足此波形曲线的统计与研究，可得出如下结论：

a）符合该波形曲线的碰撞点的得分不可能为1分，其主要受限因素为A、B和t1。