基于行人小腿保护的汽车前端结构参数化设计

基于FLEX-PLI行人小腿保护的汽车前端结构参数化设计

杨海燕1，吕晓江1，林高泽1，吕铖玮1，刘卫国1,2，周大永1,2，冯擎峰1,2

1. 浙江吉利汽车研究院有限公司，杭州311228，yanghaiyan@

2. 浙江省汽车安全技术研究重点实验室，杭州311228

摘要：为了在汽车概念设计阶段进行行人腿部伤害研究，本文建立了汽车前端结构的有限元简化模型，并采用正交试验的方法进行关键参数灵敏度分析，得出汽车前端结构参数对FLEX-PLI碰撞性能影响的规律性。结果表明，采用的最优方案能够满足Euro-NCAP行人腿部伤害值要求。

关键词：汽车安全，行人保护，FLEX-PLI，汽车前端结构，参数化设计

Parameter Design of Vehicle Front-end Structure Based on FLEX-PLI

of Pedestrian Leg Protection

YANG Haiyan1, LV Xiaojiang1, Lin Gaoze1, LV Chengwei1, LIU Weiguo1,2, ZHOU Dayong1,2, FENG

Qingfeng1,2

1. Geely Automobile Institute，Hangzhou 311228, China，yanghaiyan@

2. Zhejiang Key Lab of Automobile Safety Technology，Hangzhou 311228

Abstract: A simplified finite element model of a vehicle front-end structure is established to study the pedestrian leg injury in the vehicle-pedestrian collisions at vehicle concept design phase. Key parameters sensitivity is analyzed through orthogonal experiment method, which obtains the regularity of effect of vehicle front-end structural parameters on FLEX-PLI collision performance. Results show that the adopted optimal solution can meet the requirements of Euro-NCAP.

Keywords: Auto Safety; Pedestrian Protection; FLEX-PLI; Vehicle Front-end Structure; Parameter Design

1 引言

FLEX-PLI（Flexible Pedestrian Legform Impactor）是具备高生物逼真度的腿型冲击器，能更真实的模拟人车事故中行人小腿部受到的伤害。Euro-NCAP在2014年将开始采用FLEX-PLI代替原有的TRL（刚性小腿冲击器）来进行新车星级评价试验，并在最新2013版Euro-NCAP-Assessment Protocol-Pedestrian-Protection-v7.0中对FLEX-PLI碰撞给出了小腿部伤害值要求[1]，如表1所示。

表1 Euro-NCAP中关于FLEX-PLI伤害值限值要求

名称MCL ACL/PCL T1~T4 高性能限值19mm 10mm 282Nm

低性能限值22mm 10mm 340Nm 为更有利于行人保护的设计，往往在汽车造型阶段甚至概念设计阶段就开始进行行人保护的可行性分析。近年来，很多研究者在设计初期阶段建立了汽车前端参数化模型（主要包括保险杠、

副保险杠和机罩前缘结构等），通过试验设计来评估各个参数对行人保护小腿的影响[2,3]。但是大多数的研究是基于行人TRL 刚性小腿模块上，使得研究结果存在局限性。从FLEX-PLI 代替原有的TRL 趋势来看，采用FLEX-PLI 对汽车前端结构参数进行分析和优化，对行人小腿的保护有十分重要的意义[4]。

本文提出在概念设计阶段初期建立汽车前端结构有限元模型，通过正交试验方法进行参数灵敏度分析，根据生成的响应描述汽车前端结构各个设计变量对行人FLEX-PLI 模块损伤指标的影响规律。

2 汽车前端结构参数设计及建模

在汽车与行人腿部碰撞发生时，主要碰撞区域包括发动机罩前缘、保险杠区域和下支撑区域。根据某轿车的外造型对其进行发动机罩前缘基准线、前保险杠上基准线及前保险杠下基准线的划分，如图1所示。再根据得到的发动机罩前缘基准线、前保险杠上基准线及前保险杠下基准线位置提取该轿车前端结构的关键因素，将模型简化为发动机罩前缘支撑面(BLEA)、前保险杠上部支撑面(UBRA)、前保险杠下部支撑面(LBRA)进行分析，图2所示。

图1 基准线划分示意图

图2 汽车前端结构简化示意图

2.1 结构参数设计

在碰撞区域内，将影响小腿碰撞结果的主要部件发动机罩前缘、前保险杠及下部支撑的几何尺寸作为主要涉及参数，碰撞造型参数定义见图3所示。

假定UBRA 、LBRA 材料为DC04，厚度为0.8mm ，BLEA 材料为B180H1，厚度为1.0mm ，约束模型后端的6个自由度，定义FLEX-PLI 底部距地面距离为75mm ，设置腿型（有限元模型采用HUMANETICS 公司Release Version2.0版本）初始速度为11.11m/s 。在模型中定义了冲击器的自接触、车辆前端结构的自接触以及冲击器与汽车的接触。选取车辆中心轴线处为碰撞点，此处为最易造成下肢损伤的位置。

H1--发动机罩前缘高度 H2--保险杠离地高度 H3—下支撑离地高度 H4—下支撑高

度 L —机罩前缘参考线与保险杠前端距离 图3 汽车前端结构与FLEX-PLI 参数定义图

发动机罩前缘基准线

前保险杠下基准线

半载地平线