基于行人保护性能的车辆头型试验区域共性吸能结构分析

曹建骁 毕腾飞 张文超

摘  要：隨着2018版C-NCAP行人保护考核的加入，行人保护正向开发已经被多个主机厂关注。国外全球性法规《GTR 9》，欧盟《ECE R127》，EURO-NCAP等对行人保护性能有明确要求。对于我国的自主企业，其车身结构还处于跟随模仿的阶段，因此对于合理的吸能结构分析具有很重要的意义。企业的结构设计按照车型定义会形成架构平台，掌握行保头型的共性吸能结构，有利于提升结构平台性能水平，有利于降低研发费用，缩短周期，同时为高指标的得分策略提供基础的技术支撑。

关键词：行人保护;共性吸能结构;分析

中图分类号：U270.2         文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）07-0070-03

Abstract： With the addition of the 2018 version of C-NCAP pedestrian protection assessment， the forward development of pedestrian protection has been concerned by various mainframe factories. The international laws and regulations "GTR 9"， EU "ECE R127" and "EURO-NCAP" have clear requirements for pedestrian protection performance in foreign countries. For the independent enterprises in our country， the body structure is still in the stage of following imitation， so it is of great significance for the reasonable analysis of energy absorption structure. The structural design of an enterprise will form an architectural platform according to the definition of the vehicle type， and master the common energy absorption structure of the bank head type of pedestrian protection， which is conducive to improving the performance level of the structural platform， reducing the cost of research and development， and shortening the cycle. At the same time， it provides the basic technical support for the scoring strategy of high index.

Keywords： pedestrian protection; common energy absorption structure; analysis

1 概述

根据交通事故年报数据统计，车辆刮撞行人导致死亡人数占交通事故总死亡人数比例呈现逐年上升趋势。在道路交通中道路弱势使用者占总死亡人数的50%，其中行人占比达到了22%，行人伤害研究已成为研究热点。

2 行保头型试验覆盖区域分析

行人保护法规及C-NCAP考核区域主要由头型考核区域和腿型考核区域构成。其中法规以ECE R127为代表，头型考核区域一般由前基准线，侧基准线，后基准线形成封闭区域向内返82.5mm构成，主要覆盖车辆结构为汽车罩盖，如图1、图2所示，其中涉及到7个结构件区域，如表1所示，图3为结构具体指示图。2018版C-NCAP评价规程中，行人保护头部考核区域由WAD1000、WAD2100和两条机罩侧面基准线围绕而成。

2.1 大灯结构区域

行人保护涉及大灯结构区域主要为儿童头型冲击考核，涉及到的主要结构是为汽车发动机罩总成，汽车前大灯、橡胶支撑块、汽车大灯横梁。

大灯结构处结构特征主要表征为：大灯为汽车外露机能件，除自身照明功能外，其安装考虑其稳健性，一般设计安装点有三个点，主要布置为上部两个安装点螺接连接大灯横梁，下部安装点布置在前端框架侧立梁位置，除此之外，大灯设计安装点还有布置在外侧面与保险杠连接块上与翼子板、保险杠形成联接。发动机罩总成在此处结构为包边结构，其相邻影响约束边界有二：（1）中间锁钩机罩锁连接;（2）橡胶支撑块支撑机罩。

2.2 机罩锁结构区域

大灯结构处结构特征主要表征为：锁钩与机罩锁连接在头型冲击方向上为硬点连接，对于锁钩本身还存在安装点强度和疲劳要求，同时机罩表面在此处对发动机罩外面存在较高抗凹性要求，因此行保头型得分一般为棕色得分点区域。

2.3 翼子板安装结构区域

翼子板安装结构区域特征主要表征为：翼子板在此处结构为折弯结构，结构强度偏高。翼子板螺栓连接翼子板安装支架，一方面使A柱前段横梁下沉，增加下部缓冲空间，二，降低翼子板本身此处结构强度偏高造成的影响。结合对于头型冲击来说设计支架，可有效地保证翼子板在此处实现溃缩吸能，但其自身要求支架强度不能过弱，设计开发人员应保证两者的平衡协调。

2.4 铰链结构区域

铰链结构区域特征主要表现为：铰链一般要保证开启的强度稳定性，开闭的耐久性，制造采用2.5mm或3.0mm的厚度，因此传统制造铰链强度很高冲击吸能性差。同时传统设计机罩与铰链安装为螺栓与凸焊螺母链接，压缩了机罩内部初始变形吸能空间。因此对于铰链区域目前HIC伤害值均在2000以上，属于失分区域。

2.5 发动机舱结构区域

发动机舱结构区域特征主要表现为：机舱受空间制约，在完成总布置后，对于冲击点距离下部机舱硬点过小，冲击吸能缓冲距离过小，因此导致HIC伤害值偏大。该类情况主要集中在小型SUV及轿车上。对于发动机罩内外板总成，在满足硬点距离的要求进行，局部结构强度调整，可有效降低平均伤害值。

2.6 玻璃结构区域

玻璃结构区域一般为成人头考核区域。玻璃考核区域分为不考核的默认绿色区域和除豁免考核的划线内区域。玻璃默认绿区域为加分区域，在设计中也是要尽量加大该区域，有利于得分的提高。玻璃下沿搭接区域，为HIC伤害值高的区域。

玻璃下沿搭接區域，主要为玻璃胶粘在流水槽钣金上，考虑NVH及耐久工况，支撑钣金结构设计强度不能偏低，否则造成玻璃异响振动损伤等后期影响。该区域主要考虑为流水槽钣金设计，改变支撑位置及支撑形式，有效的调整吸能空间及支撑强度，降低伤害值。

2.7 雨刮器结构区域

雨刮器为行人保护头型必考核区域，雨刮器为强度高的硬质钣金结构，因此雨刮器得分偏低。雨刮器难点主要集中在雨刮轴位置，距离空间小且为硬点结构。

雨刮器结构区域特征主要表现为两种，一种设计为内藏式雨刮，第二种为外漏式。对于硬点部位主要为电机转轴位置，涉及结构为雨刮安装支架。此外现行设计中出现溃缩式雨刮轴结构，配合支架结构强度调整，可以达到预期得分值。

3 头型冲击共性结构分析

根据以上的理论分析可以得到，实际结构设计应该保证第一次碰撞中加速度不能过高，控制峰值加速度，同时保证下部有效空间第二次碰撞为加速度降低。但是当实际结构无法保证理想波形设计的时候要从具体区域位置结构特征进行设计，降低恶劣区域HIC伤害值尽可能的提高头型得分值，下面从头型冲击典型结构区域进行描述该区域结构设计方法。

3.1 大灯结构区域共性结构

大灯结构区域结构空间小，且机罩盖与灯搭接处也是收缩包边位置，因此，此处设计为大灯悬臂设计比较合理，同时机罩边界也为悬臂点区域，对于支撑点位置可以详细设计，降低大灯伤害值。共性吸能结构如图4。

但是此种结构设计一定要结合大灯稳健性设计，同时保证耐久试验后大灯不会发生下垂位移，造成外观间隙不均匀从而引起产品质量抱怨。

3.2 机罩锁结构区域共性结构

对于机罩硬点结构设计一般采用两种方式调整布置位置和做成可压溃式锁结构，其中考虑成本，共性结构设计一般采用调整布置方式，一种是锁布置在Y0靠后的位置或是在两侧布置锁。具体的方案图如图5所示。

3.3 翼子板安装结构区域共性结构

传统翼子板直接螺接在前段大梁上，对于此处结构配合外观造型分封线位置，进行调整减小局部刚度。对于此处结构，常规设计方法有二：一为翼子板安装点调整为几字型钣金支架，进行卡扣卡接或者螺栓联接;二、翼子板安装点调整为悬臂式钣金支架安装。对于两种结构在空间满足的情况下采用第二种结构更优，因为悬臂结构对于冲击来说能保证下部更多的吸能空间（如图6）。

同时可以看出，为了更好控制第一加速度，保证缓冲空间，协调安装点的刚度和耐久，多数结构都会在几字型支架上做相应开孔调整结构刚度，而悬臂型结构对车辆空间大的车型更适用一些。

3.4 铰链结构区域共性结构

铰链一般本身材质厚度偏大，对于其自身的耐久和强度要求比其他部件高。除了前述的将铰链最高硬点设计到考核区域以外的方法外，同时铰链自身结构可以进行优化设计（图7）。

这两种结构，其实都在降低头型冲击时的第一加速度，第一个为铰链下合页，进行折弯导向，利于铰链整体向下变形降低伤害值，第二种主要是采用下合页整体厚度强度降低，加装辅助支架进行下部加强，同样可有效的保证吸能效果，两者比较，第二种结构方式结构偏轻，但是更多的可以性能提升，对于设计师提出更高综合性能要求。

3.5 发动机舱结构区域共性结构

发动机舱在布置设计中首先保证设计目标值，空间距离80mm以上，对于结构调整主要是调整结构刚度，使更多的目标点考核中得到绿色和黄色。发动机舱主要影响结构为机舱内板设计，外造型基本上大平面设计，仅仅在特征线会有变化。对于机罩内板主要设计目标是整体刚度一致性好平滑过渡，避免出现结构急剧过渡变化的地方。为了设计均匀的发动机罩结构，大型车采用蜂窝状或者网格状设计，或者是段差大的地方采用缓冲过渡（图8）。

3.6 玻璃结构区域共性结构

玻璃结构的设计主要集中在下部打胶支撑结构，因为玻璃为第一接触并撞击点，玻璃整体碎裂承受部分的第一加速度阻力值，对于下部支撑前围板上部钣金在支撑玻璃时主要表现为支撑钣金调整强度，主要方法为结构调整。对于玻璃下沿结构主要为封闭口型结构，所以此处结构的优化设计结构一般为改变各个钣金部件的搭接及结构，以便调整在头型冲击方向上，降低支撑的刚度，可以降低头型在此处的失分。

3.7 雨刮器结构区域共性结构

雨刮器结构区域主要设计为安装支架溃缩吸能和雨刮轴溃缩力涉及，目前博世已经有成熟方案，主要压溃力在1500N-2000N这个设计区间。此处不在进行结构描述。

4 结束语

本文主要对当前的行人保护头型试验区域，车辆结构设计共性结构进行了分析。为结构设计提出了指导性的设计参考意见，为行人保护头型试验各区域的得分奠定基础。

参考文献：

[1]中国汽车技术研究中心有限公司.GB/T 24550-2009.汽车对行人的碰撞保护[S].北京：中国标准出版社，2010.

[2]乔维高，朱西产.行人与汽车碰撞中头部伤害与保护的研究[J].农业机械学报，2006，37（9）：29-31.