基于行人下肢防护的前保险杠系统的改进分析
基于行人下肢碰撞被动保护的SUV前保险杠收缩系统研究
科技风2016年11月下理论研究DOI：10.19392/j .c n k i.1671-7341.201622149基于行人下肢碰撞被动保护的SU V前保险杠收缩系统研究阮观强 何永旭上海电机学院上海201306摘要：随着可持续发展的战略逐渐受到很多行业的推广，火力发电厂脱硫脱硝的措施逐渐纳入到可持续发展的战略中。
火力发电厂的环保措 施主要是针对脱硫脱硝措施进行展开，所以火力发电厂的脱硫脱硝措施是火电厂可持续发展的关键。
本篇文章主要是通过火力发电厂脱硫脱硝措 施进行分析提出现在状况下存在的问题并且进一步提出解决的方法。
关键词:低速碰撞;前保险杠系统;行人下肢保护;S U V近年来，随着中国交通事业的迅猛发展，道路交通趋向多样化发 展，尤其以人、车并行方式居多[1]。
作为典型的以平路面混合交通为主的 国家，我国在陆路交通事故中伤亡人数占比极高，甚至位居前茅。
其中，由于意外车祸造成事故的死亡人数占到全世界的20%，这直接造成我 国成为世界上发生交通事故最为严重的国家之一，同时也是行人伤亡 人数最多的国家[2]。
最近几年来，虽然在交通事故中死亡的人员数量有一定程度的减少，但仍有约几万人之多。
与此同时，交通事故会给经济造成一定的影响，存在着不可避免的巨大损失。
由此看来，通过对汽车结构进行改造，以 加强汽车的安全性保障，从而降低交通事故死亡率，仍是当今汽车领域 的重要研究方向。
一、行人碰撞保护研究的背景及意义据近年来的数据显示，在发生的碰撞事故中，来自正面碰撞的事故 约占总事故数量的一半，但侧面碰撞事故只占25%，追尾碰撞事故仅占 22%W。
由此可见，在汽车碰撞事故中，正面碰撞事故所占比例特别高，应当引起高度重视。
当汽车与行人发生正面碰撞时，行人理论上首先接触到的是汽车 的前保险杠系统。
因此，为了尽可能地减少汽车与行人发生正面碰撞 时行人所受到的伤害，改善汽车前保险杠系统的结构应当成为汽车研 发的重点之一。
基于行人腿部保护的保险杠造型优化设计
ａ ｄ ｔ ｅ ｐ ｄ ｓｒ ｎ ｌ ｇ ｐ ｏｅ ｔ ｎ ｐ ｒｏ ａ ｃ ｆｔ ｅ ｂ ｍｐ ｒ ｉ ｅ ａ ｕ ｔ ｄ ｉ ｃ ｏ ｄ ｎ ｅ ｗｉ ｈ ｅ ｕ ｒ ｍｅ ｔ ｆＧＴ ｎ ｈ ｅ ｅ ｔ ａ ｅ ｒ ｔｃ ｉ ｅ ｆ ｒ ｎ ｅ ｏ ｕ ｅ ｓ ｖ ｌ ａｅ ｎ ａ ｃ ｒ ａ ｃ ｔ ｔ ｅ ｒｑ ｉｅ ｎ ｓ ｏ Ｒ ｉ ｏ ｍ ｈ ｈ
部 的 保 护
１１ 保 险 杠 系 统 ．
目前 国际主 流行人保 护适用 标准 为 Ｇ Ｒ、 Ｃ Ａ Ｔ Ａ Ｅ
标准 。我 国 即将 颁 布的《 汽车对 行人 碰撞保 护 （ 征求 意见 稿 ） 也是根 据 Ｇ Ｒ制 定 。 》 Ｔ 该标 准规 定 了腿部 模 块 和保险 杠碰撞 的试 验方 法 试 验 主要测 量膝 关节 弯 曲角 度 、膝 关节 剪 切位 移 和胫 骨 加 速度 等 参数 。
Ｌｅ ｏ ｅ ｔｏ ｇ Ｐｒ ｔ ｃ ｉｎ
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基于行人腿部保护的商用车保险杠系统参数优化分析
设计 ． 算・ 计 研究 ．
基于行 人腿部保护 的商用车保 险杠 系统参数优化分析
尚 雯 雯 １ 郑松 林 １ 刘斌 ２ 黄 晨 晖 ｚ 漆 露 霖 ２
（ ． 海理 工大学 ；． １ 上 ２上海 汽车 集 团商用 车技术 中心 ）
【 摘要 】 建立 了某型商用车前部结构的有限元模 型 ， 基于 Ｇ Ｒ法规对行人腿部保护 的规定 ， Ｔ 采用 正交 试验设计
参数优 化
行人 腿部保 护
正 交试 验
中图分类 号 ： ４ １ １ 文献标 识码 ： 文 章编 号 ：０ ０ ３ ０ （０ ２ ０ — ０ ２ ０ Ｕ ６． ９ Ａ １０ — ７ ３ ２ １ ）７ ０ ２ — ４
Ｏ ｒｈｏ ｏ ｌＯ ｐ ｉ ｉａ ｉ ｎ Ａｎａｙｓｓｏ ｍ ｍ ｅ ｃａ ｈｉｌ ｍ ｐｅ ｔ ｇ ｎａ ｔｍ ｚ ｔｏ ｌ ｉ ｆＣｏ ｒ ｉ ｌＶｅ ｃｅ Ｂｕ ｒ Ｓ ｓｅ ｓ ｄ ｏ Ｐｅ ｓｒａ ｏ ｅ ｔｏ ｏ ｗｅ ｇ Ｉ ｐａ ｔ ｙ ｔ ｍ Ｂａ ｅ ｎ ｄｅ ｔ ｉ ｎ Ｐｒ ｔ ｃｉ ｎ ｆＬｏ ｒ Ｌｅ ｍ ｃ
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害 和腿 部 伤 害所 占比例 分 别 为 ３ ．％和 ３ ． １ 是 １ ３ ２ ％［ ４ １ ．
值 的 ８ ％进行 分 析ｌ］ ０ １。 ． ２
表 １ 各 行 人保 护法 规 中腿 部 伤 害 指标 对 比
基于HyperStudy的汽车前保行人保护优化
基于HyperStudy的汽车前保行人保护优化徐德奎 马忠宇延锋彼欧汽车外饰系统有限公司，上海 ，201805摘要：本文首先建立了某乘用车保险杠总成的仿真模型，进行了行人保护仿真分析。
结合Altair的HypersSudy优化软件对保险杠蒙皮、小腿防撞梁、大腿防撞梁三个重要的零件的壁厚进行了DOE分析和优化分析。
首先通过DOE分析确定对行人小腿伤害值影响较为灵敏的壁厚参数，然后以这些参数为设计变量，运用优化模快进行优化分析，确定一组较优的设计参数，在降低产品质量的同时，能有效的降低加速伤害值，满足了客户的要求。
关键词：保险杠系统 行人保护 HypersSudy DOE 优化分析1. 引言行人碰撞保护设计在汽车产品的开发中日益受到重视。
保险杠系统作为车身最前端的部件，直接与行人腿部发生碰撞，它的设计是保护行人腿部的关键[1]。
本文针对行业最为严格的Euro-NCAP行人保护小腿法规要求，和某主机厂进行同步开发某款汽车的保险杠总成，利用Altair的Hyperstudy优化软件与某碰撞分析软件联合对保险杠总成重要零件的壁厚进行了DOE分析和优化分析，以求在最短的时间内寻求较优的设计方案。
2.前保总成的设计目标对该保险杠系统，设计的目标如下：表1 行人小腿伤害值要求指标3. 本文的研究思路由于整车厂已经确定了前保险杠系统的布置方案，因而想通过改变保险杠系统各零件的空间布置来改善伤害值指标的方法已经无效。
本文的研究思路是：首先是根据经验确定对行人保护小腿伤害值影响较大的自主设计的零件，然后研究零件厚度对行人保护伤害值的影响，针对重要的壁厚参数进行优化设计，以较小的设计代价获得较大的改进效果。
根据经验，在前保总系统中，对行人小腿伤害值影响较大的零件有：保险杠蒙皮、泡沫吸能块、小腿防撞梁、大腿防撞梁(如图1所示)。
由于同时需要考虑低速碰撞法规[2]对汽车前部的影响，设计方案中不再对泡沫吸能块进行减弱。
本文通过HyperStudy的DOE模块快速分析了保险杠蒙皮壁厚、小腿防撞梁、大腿防撞梁本体及其加强筋的壁厚对行人小腿伤害值的影响灵敏度，筛选出对结果影响较为敏感的壁厚参数，然后基于筛选后的参数，利用HyperStudy的优化模块进行优化分析，从众多壁厚组合方案中获取一种能够满足客户要求的方案。
基于行人下腿部与汽车保险杠的碰撞研究及优化设计
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图５碰撞结柬时刻视图
图６优化前部造型对比
的底部应在地面基准平面以上２５ｍｍ，偏差为（±１０）ｍｍ㈣。
４下腿部撞击保险杠试验的有限元模型 建立
４．１试验边界条件
根据试验要求，下腿部有限元模型，初始速度为４０ｋｒｒｄｈ，底部 高于地面基准平面２５ｍｍ，中心点位于保险杠Ｘ向垂直中心平面ｍｏ
ｎ●僻
图７胫骨加速度曲线、膝盖剪切位移曲线、膝盖弯曲角度曲线
基于行人保护柔性腿碰撞的前保险杠结构优化
基于行人保护柔性腿碰撞的前保险杠结构优化【摘要】本文针对基于行人保护柔性腿碰撞的前保险杠结构进行了优化研究。
在阐述了研究的背景、目的和意义。
在分析了行人保护的需求，介绍了前保险杠结构的设计原理，进行了柔性腿碰撞的仿真模拟，并提出了前保险杠结构的优化方案以及材料选择和加工工艺。
在总结了基于行人保护柔性腿碰撞的前保险杠结构优化效果，展望了未来的研究方向，最终得出了结论。
本研究为提高车辆行人保护性能提供了重要参考，有望在汽车安全领域产生积极影响。
【关键词】行人保护、柔性腿碰撞、前保险杠、结构优化、仿真模拟、材料选择、加工工艺、效果评估、研究展望、结论总结1. 引言1.1 研究背景随着交通事故频繁发生，行人在道路交通事故中的伤亡情况也越来越引起人们的关注。
据统计，全球每年有数十万名行人死于道路交通事故。
而在这些事故中，行人与机动车辆之间的碰撞是最主要的事故形式之一。
由于行人被车辆前部保险杠碰撞而导致的伤亡情况尤为严重。
为了减少行人在道路交通事故中的伤亡风险，行人保护技术逐渐成为汽车安全设计的重要方向。
而在行人保护技术中，前保险杠结构设计的优化尤为关键。
如何设计出能够有效吸收碰撞能量、减轻行人受伤的前保险杠结构，成为当前汽车安全领域的研究热点之一。
在这样的背景下，本研究旨在基于行人保护柔性腿碰撞的前保险杠结构进行优化设计，提高前保险杠在碰撞时对行人的保护效果，减少行人受伤的风险。
通过对前保险杠结构设计原理、柔性腿碰撞仿真模拟等方面展开研究，为实现更加安全的道路交通环境提供技术支持和理论指导。
1.2 研究目的研究目的是通过对基于行人保护柔性腿碰撞的前保险杠结构进行优化设计，实现在车辆与行人碰撞时减少行人受伤的可能性，并提高行人的安全保护水平。
具体包括优化前保险杠的结构设计和材料选择，以增强其对行人碰撞时的吸能和减震能力，降低行人的受伤程度。
通过对柔性腿碰撞进行仿真模拟，研究不同参数对保险杠结构的影响，为后续的优化方案提供数据支持。
基于行人下腿部与汽车保险杠的碰撞研究及优化设计
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【 要】 摘 交通事故中当汽车与行人发生碰撞时， 下腿部 易受到骨折甚至更严重的伤害。所以行人 保护受到越来越 多的关注。各大汽车厂商和研究机构也在 自身的产品开发 中考虑对行人保护的改善。
介 绍 了行人 保护 法规 内容要 求和 实验 要 求 ， 并采 用仿 真 方 法 ， 立 了行 人 下腿部 撞 击 器与保 险杠碰 撞 建
ＬＩＬｅ ｉ ＴＥＮＧ ＨＵＡＮＧ —ｘｎ ． Ｋｅ ． Ｈｅ
（ ｃｏ ｌ ｆ ｑ ｉｍ ｎ Ｅ ｇ ｅｒ ｇＳ ｅ ｙ ｎ ｉ ｎ ｎｖｒｉ ，ｈ ｎ ａ ｇ１０ ６ ， ｈｎ ） 。 ｈ ｏ ｏ Ｅ ｕｐ ｅ ｔ ｎ ｉ ｅｉ ｈ ｎ ａ ｇＬｇ ｇＵ ｉｅｓｙ Ｓ ｅｙ ｎ １ １ ８ Ｃ ｉａ Ｓ ｎ ｎ ｏ ｔ
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基于行人腿部伤害指标的保险杠参数分析
基于行人腿部伤害指标的保险杠参数分析
沈玉婷 ! 朱大勇 "
（ !#同济大学； "#泛亚汽车技术中心有限公司）
【 摘要】 分别建立了行人腿部和用于计算行人碰撞的车辆有限元模 型 。 采 用 正 交 设 计 方 法 ， 研究了吸能泡沫 $ 向偏置、 副保险杠 % 向位置、 副保险杠厚度和副保险杠强度等参数对行人腿部伤害的影响。结果表明， & 个参数对胫 骨最大加速度与膝盖最大弯曲角影响的重要程度一致， 但影响趋势相反。
主题词： 行人保护
腿部碰撞
保险杠
正交设计 文章编号： !,,,-).,)（ ",,.） !,-,,)"-,&
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%］ 为 /［ 。模型完成后， 检查其网格质量， 具体要求如
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膝盖弯曲角度 2 （ 5）
模拟计算结果 法规上限 法规下限
表 $ 所列。
表# 参数 数值 最小尺寸 翘曲 网格质量要求 长宽比 三角形 角度 2 （ 5） 四边形 角度 2 （ 5）
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基于行人腿部保护的保险杠造型优化设计
基于行人腿部保护的保险杠造型优化设计随着汽车保有量的不断增加，道路交通安全问题愈发引起人们的关注。
其中，行人安全问题是一个重要的方面。
行人在汽车行驶过程中，往往处于弱势地位，若汽车发生碰撞，很容易造成严重伤害，其中腿部部位尤为脆弱。
因此，为了解决这一问题，我认为进行行人腿部保护的保险杠造型优化设计非常必要。
在现有的汽车保险杠设计中，一般使用了松软的泡沫塑料材料，作为缓冲材料，以达到减缓碰撞力的目的。
然而，这种设计方式仍存在一些缺陷，比如松软的泡沫塑料材料不具有很好的撞击吸收能力，而在碰撞力相对较大的情况下，容易造成行人下肢部位的受伤。
因此，我们需要在保险杠的设计上寻求新的突破。
我认为优化保险杠的设计是一个非常关键的问题。
为了实现这一目的，可以从以下几个方面出发：首先，可以考虑改变保险杠的形状。
一般而言，车辆的前脸都是比较硬朗的，因此在碰撞时产生的冲击力非常大，容易对行人造成重大伤害。
而如果在前脸部分采用一些铝合金、塑料等材料，能够较好的降低发生碰撞时对行人造成的伤害。
在这个基础上，将保险杠部分的长度，在一定程度上延伸出前脸部位，可以有效地减少碰撞时对行人的冲击力。
其次，可以改进保险杠的内部结构。
即采用一定的抗压材料来填充保险杠，以提高保险杠的力学性能。
同时，通过改变内部结构的设计，可以进一步提高碰撞时保险杠的缓冲效果。
例如，可以采用钢板、压缩减震材料等材料，来有效提高保险杠的抗压性能。
最后，在保险杠的设计上还需要考虑实用性。
可以增加一些辅助功能，比如，安装照明灯、夜视显像等功能，使其在行车安全、节能环保等方面具有更好的表现。
同时，我们还可以根据车辆尺寸的不同，量身定制一系列不同的保险杠，以满足不同车型和尺寸的需求。
综上所述，通过对行人腿部保护的保险杠造型优化设计，可以从多个方面提高保险杠的安全性能和实用性。
在汽车领域，人身安全是十分重要的，相信这样的优化设计可以为行人的安全出行提供一定的保障。
为了更好地实现行人腿部保护的保险杠造型优化设计，还需要从以下几个方面出发：一方面，可以考虑加装辅助系统。
基于低速碰撞和行人保护的汽车保险杠性能优化研究
基于低速碰撞和行人保护的汽车保险杠性能优化研究一、研究背景近年来汽车行业的技术发展日新月异，新型材料、先进制造工艺等技术的应用为汽车保险杠性能优化提供了新的可能。
然而这些新技术在实际应用中仍存在一定的局限性，如对低速碰撞和行人保护性能的研究不足等。
因此本文旨在通过对低速碰撞和行人保护的深入研究，探讨如何基于现有技术条件下实现汽车保险杠性能的最优化，从而提高汽车在低速碰撞事故中的安全性，减少对行人的伤害。
1.1 汽车保险杠的重要性和应用汽车保险杠作为汽车的重要部件之一，具有重要的保护作用。
它位于车辆前部，起到吸收碰撞能量、保护车内乘客和行人安全的作用。
随着汽车工业的发展，保险杠的设计和材料也在不断地改进和创新，以满足不同车型和用途的需求。
在汽车保险杠的应用方面，除了基本的碰撞保护功能外，现代汽车保险杠还具备其他多种功能。
例如一些高级汽车保险杠采用了主动安全技术，如自动刹车系统(ABS)、电子稳定程序(ESP)等，以提高驾驶者和乘客的安全性。
此外一些汽车保险杠还具有美观性和个性化设计，使得车辆在外观上更具吸引力。
汽车保险杠在汽车行业中具有举足轻重的地位，其重要性和应用范围不断扩大。
因此对汽车保险杠性能的优化研究显得尤为重要，以确保其在碰撞保护、安全性能和美观性等方面都能达到最佳水平。
基于低速碰撞和行人保护的汽车保险杠性能优化研究正是针对这一需求展开的，旨在为汽车制造商提供更有效的设计方案和技术支持。
1.2 目前汽车保险杠存在的问题碰撞安全性不足。
由于保险杠在车辆发生低速碰撞时起到重要的保护作用，因此其碰撞安全性至关重要。
然而当前市场上的汽车保险杠在面对高速碰撞时往往无法有效地吸收冲击力，导致车辆和乘客的安全受到威胁。
此外一些保险杠在低速碰撞时也容易发生变形或破损，从而降低整体的安全性能。
行人保护不够完善。
除了对车辆乘客的保护外，汽车保险杠还应具备对行人的安全保护功能。
然而当前市场上的部分汽车保险杠设计过于简单，无法有效地阻挡行人的撞击，容易造成行人伤亡事故。
基于行人保护柔性腿碰撞的前保险杠结构优化
基于行人保护柔性腿碰撞的前保险杠结构优化作者：徐梦飞来源：《汽车科技》2017年第04期摘要：在开发某车型时，参考2018版中国新车评价规程（C-NCAP）中柔性小腿（Flex-PLI）碰撞规则，运用计算机辅助工程（CAE）技术，对其前端保险杠结构进行优化。
基于前端碰撞模型的简化模型，分析了前保险杠结构布置尺寸与碰撞伤害指标的相关关系，确定了优化方案，并通过CAE仿真分析验证了该优化方案的可行性。
以上研究为改进行人保护柔性腿型碰撞的车辆前保险杠结构设计提供了参考。
关键词：行人保护；碰撞试验；柔性腿；前保险杠中图分类号：U491.61 文献标识码：A 文章编号：1005-2550（2017）04-0040-05Abstract： In the development of a vehicle， reference China-New Car Assessment Program （2018）in flexible leg （Flex-PLI） collision rules， using the computer aided engineering technology（CAE）， optimize the structure of front bumper. Based on the simplified model of the front collision model， the relationship between the size of the front bumper and the damage index is analyzed， then determine the optimization scheme. The feasibility of the optimization scheme is verified by CAE simulation analysis. The above research provides a reference for improving the structural design of the front bumper of pedestrian protection （flexible leg）.Key Words： pedestrian protection； impact test； Flexible-Legform； front bumper在汽车安全研究领域中，车辆行人保护安全性能是非常重要的组成部分，其中行人小腿碰撞是车辆行人保护安全性能开发的重要内容之一。
满足行人腿部保护要求的保险杠部件改进
收稿日期：２０１８－０４－２０基金项目：广东省教育部产学研结合基金资助项目（２０１２Ｂ０９１１００３２２）；广东省科技计划项目（２０１３Ｂ０９０６０００１９）作者简介：曲杰（１９７１ ），男，博士，副教授，主要从事金属成形理论及优化技术研究㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｑｕｊｉｅ＠ｓｃｕｔ ｅｄｕ ｃｎ㊂ＤＯＩ：１０ １９４６６／ｊ ｃｎｋｉ １６７４－１９８６ ２０１８ ０６ ００１满足行人腿部保护要求的保险杠部件改进曲杰，徐梁，马强（华南理工大学机械与汽车工程学院，广东广州５１０６４０）摘要：介绍我国行人保护推荐标准中的下腿型对保险杠的试验，并对刚性下腿型冲击器模型进行标定，确定其满足标准对试验冲击器的要求㊂将保险杠总成几何模型合理简化并转化为有限元网格，赋予应变率相关的材料，按照标准选择碰撞点，建立了完整的下腿型对保险杠试验的有限元模型㊂根据试算结果，对吸能泡沫部件进行改进设计，并应用于仿真分析，验证了下腿型冲击器的各项指标满足行人保护要求；同时根据仿真能量统计得出结论，吸能泡沫部件对于行人腿部保护具有重要作用㊂并总结了改进吸能部件的方法㊂关键词：行人安全保护；下腿型冲击器；保险杠；汽车碰撞；有限元仿真；改进设计中图分类号：ＴＵ４１１ ０１㊀㊀文献标志码：Ａ㊀文章编号：１６７４－１９８６（２０１８）０６－００１－０５ＩｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｆＢｕｍｐｅｒＰａｒｔｆｏｒＦｕｌｆｉｌｌｉｎｇｔｈｅＰｅｄｅｓｔｒｉａｎＬｅｇＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎＲｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓＱＵＪｉｅ，ＸＵＬｉａｎｇ，ＭＡＱｉａｎｇ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｏｕｔｈＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＧｕａｎｇｚｈｏｕＧｕａｎｇｄｏｎｇ５１０６４０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｌｅｇ⁃ｆｏｒｍｔｏｂｕｍｐｅｒｔｅｓｔｉｎＣｈｉｎａ ｓｐｅｄｅｓｔｒｉａｎｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄｓｔａｎｄａｒｄｗａｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅｒｉｇｉｄｌｏｗｅｒｌｅｇ⁃ｆｏｒｍｉｍｐａｃｔｏｒｍｏｄｅｌｗａｓｃａｌｉｂｒａｔｅｄ，ｔｏｃｏｎｆｏｒｍｔｈａｔｉｔｍｅｔｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｔｈｅｓｔａｎｄａｒｄ．Ｔｈｅｇｅｏｍｅｔｒｙｍｏｄｅｌｏｆｂｕｍｐｅｒａｓｓｅｍｂｌｙｗａｓｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅｌｙａｎｄｍｅｓｈｅｄｉｎｔｏｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｓｈ．Ｓｔｒｅｓｓｒａｔｅｒｅｌａｔｅｄｍａｔｅｒｉａｌｓｗａｓａｓｓｉｇｎｅｄｔｏｔｈｅｍｏｄｅｌ．Ｔｈｅｉｍｐａｃｔｐｏｓｉｔｉｏｎｗａｓｓｅｌｅｃｔｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄｓｔａｎｄａｒｄ．Ｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｌｅｇ⁃ｆｏｒｍｔｏｂｕｍｐｅｒｔｅｓｔｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆａｎａｌｙｓｉｓｒｅｓｕｌｔｓ，ｔｈｅａｂｓｏｒｂｅｒｆｏａｍｐａｒｔｗａｓｒｅｄｅｓｉｇｎｅｄ，ａｎｄｉｔｗａｓａｐｐｌｉｅｄｔｏｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．Ｉｔｗａｓｖａｌｉｄａｔｅｄｔｈａｔｅａｃｈｉｎｄｉｃａｔｏｒｏｆｔｈｅｔｅｓｔｗａｓｕｐｔｏｔｈｅｓｔａｎｄａｒｄ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅｆｒｏｍｅｎｅｒｇｙｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ，ｉｔｗａｓｃｏｎｃｌｕｄｅｄａｂｓｏｒｂｅｒｆｏａｍｐａｒｔｗａｓｉｍｐｏｒｔａｎｔｔｏｐｅｄｅｓｔｒｉａｎｌｅｇｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｍｅｔｈｏｄｓｔｏｉｍｐｒｏｖｅａｂｓｏｒｂｅｒｐａｒｔｗｅｒｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｐｅｄｅｓｔｒｉａｎｓａｆｅｔｙｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ；Ｌｅｇ⁃ｆｏｒｍｉｍｐａｃｔｏｒ；Ｂｕｍｐｅｒ；Ｃａｒｃｒａｓｈ；Ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；Ｉｍｐｒｏｖｅｄｒｅｄｅｓｉｇｎ０㊀引言汽车正面与行人发生碰撞时，行人腿部一般首先受到伤害，数据统计人车碰撞后行人下肢损伤或致残的概率高达３０％［１］㊂腿部损伤主要有：腿骨骨折㊁韧带撕裂㊁膝关节脱位㊁踝关节损伤与足错位等㊂腿部受到的横向剪切能使韧带损伤断裂和关节脱位，腿部弯曲程度过大易造成腿骨骨折，碰撞时腿部受力大小也是造成伤害的关键因素㊂这些伤害形式应该在车辆测试的试验标准中体现，用评价指标去反映腿部真实受伤情况，从而对保险杠的设计提供指导㊂２００３年，欧盟颁布了行人保护相关的指令２００３／１０２／ＥＣ，转化为分两个阶段实施的欧盟法规ＥＣＮｏ６３１／２００９，规定了对机动车的行人腿部保护要求，即下腿型对保险杠试验的标准和评价指标㊂随后欧洲新车安全评定协会Ｅ－ＮＣＡＰ也将行人保护作为星级评定的项目之一㊂２００８年，多国参与制定的行人保护全球技术法规ＧＴＲ９‘关于机动车碰撞时对行人及弱势道路使用者加强保护和减轻严重伤害的认证统一规定“发布，我国的行人安全保护推荐标准是ＧＢ／Ｔ２４５５０－２００９‘汽车对行人的碰撞保护“［２］，其技术内容与ＧＴＲ９相同㊂下腿型冲击器是行人保护法规（或标准）试验中模拟人腿的实验冲击器，多采用刚性下腿型冲击器，可以从试验后的胫骨加速度㊁膝关节弯曲角度和膝关节剪切位移３个指标衡量行人腿部受到的伤害，各个标准的规定如表１所示㊂表１㊀各个标准中的下腿型对保险杠试验的评价指标标准胫骨加速度／（９ ８ｍ㊃ｓ－２）膝关节弯曲角度／（ʎ）膝关节剪切位移／ｍｍＥＣＮｏ６３１／２００９第一阶段＜２００＜２１＜６ＥＣＮｏ６３１／２００９第二阶段＜１５０＜１５＜６Ｅｕｒｏ－ＮＣＡＰ１５０ ２００１５ ２０６ ７ＧＢ／Ｔ２４５５０－２００９（ＧＴＲ９）＜１７０＜１９＜６㊀㊀刚性下腿型冲击器对保险杠试验的特点有：试验成本昂贵；试验要求严格，要求一定湿度和温度，试验前需要标定，每次试验２ｈ内完成；试验准确度要求高，为保证下腿型冲击器在冲击瞬间为自由飞行状态，考虑到重力因素，对推进系统和下腿型冲击器的定位要求很高，在接触时刻前测量仪测得的冲击速度应为（１１ １ʃ０ ２）ｍ／ｓ㊂因此试验难度大，有限元仿真成为解决实际问题的主要手段㊂而以往研究忽略了对下腿型撞击器的标定㊁碰撞定位等试验细节，对材料应变率影响等仿真细节考虑不足㊂作者依照我国推荐标准ＧＢ／Ｔ２４５５０－２００９中的试验要求，建立完整标准的试验仿真流程，并应用于保险杠的安全性能提高，改进设计了吸能泡沫部件，可以作为解决汽车的行人保护问题的重要参考㊂刚性下腿型冲击器用刚性圆管模拟人腿腿骨，中间连接可变形的韧带，外部覆盖模拟肌肉和皮肤的材料㊂柔性冲击器的腿骨可变形，具有更高的生物仿真性和更真实的伤害模拟评估，能够反映胫骨弯曲所造成的伤害㊂柔性下腿型冲击器Ｆｌｅｘ⁃ＰＬＩ和相关试验标准已经在逐步完善并取代刚性下腿型冲击器㊂１㊀刚性下腿型冲击器的标定ＬＳＴＣ公司根据欧洲委员会ＥＣＮｏ６３１／２００９号法规，开发出刚性下腿型冲击器有限元模型［３］，其标定试验和应用仿真分析在ＬＳ－ＤＹＮＡ中进行㊂刚性小腿总质量１３ ４０２ｋｇ，全长９２７ｍｍ，外部有单层泡沫包裹模拟肌肉，最外层是氯丁橡胶层模拟皮肤㊂国标ＧＢ／Ｔ２４５５０－２００９中对刚性下腿型冲击器有一定性能要求㊂为验证刚性小腿在仿真环境中是否符合要求，在ＬＳ－ＤＹＮＡ中进行静态剪切试验㊁静态弯曲试验和动态试验的标定㊂标定结果如图１所示：图（ａ）和图（ｂ）表明静态标定试验的曲线都在规定范围内；图（ｃ）为动态标定试验曲线，国标对动态标定曲线的最大值有要求㊂图１㊀标定结果㊀㊀表２为动态标定的最大值和国标要求，可见动态标定试验各条曲线的最大值也符合要求，所以使用刚性小腿完全符合我国标准要求㊂表２㊀动态标定结果和国标要求参数胫骨加速度／（９ ８ｍ㊃ｓ－２）膝关节弯曲角度／（ʎ）膝关节剪切位移／ｍｍ标定结果（最大值）１９８．２７．６３．９国标下限１２０．０６．２３．５国标上限２５０．０８．２６．０２㊀保险杠建模和仿真该车前部模型主要含进气格栅㊁保险杠蒙皮㊁缓冲泡沫㊁前部防撞梁㊁大灯组件和雾灯组件等㊂前保险杠塑料件间的连接方式主要为塑料卡扣㊁塑料螺纹柱以及塑料件之间的相互插入和压紧㊂保险杠蒙皮和进气格栅材料为某改性聚丙烯塑料，用∗ＭＡＴ＿ＰＬＡＳＴＩＣＩＴＹ＿ＰＯＬＹＭＥＲ材料模型模拟，输入不同应变率下真实应力应变曲线数据［４］，以考虑应变率的影响；泡沫材料为硬质聚氨酯泡沫，用∗ＭＡＴ＿ＦＵ＿ＣＨＡＮＧ＿ＦＯＡＭ材料模型模拟，并可输入单轴拉压试验曲线以考虑应变率的影响［５］㊂材料参数如表３所示，所需输入曲线如图２所示㊂表３㊀主要材料参数材料密度／（ｇ㊃ｃｍ－３）弹性模量／ＭＰａ泊松比泡沫０．０５５１．１５０塑料１．０３０１２８３０．３７图２㊀材料曲线的输入材料模型的曲线通过试验获得，由于碰撞速度较高，材料的试验数据也应尽量包含较高应变率的试验曲线㊂因为此试验难于验证，根据车门内饰板试验和仿真验证经验，车门内饰板含有类似性能材料的塑料和硬质聚氨酯缓冲块，连接方式也相同㊂分别在车门内饰板静压试验中进行了材料和连接的低应变率下准确性验证［６］，在车门内饰板总成耐撞性试验中进行了材料和连接的高应变率下准确性验证［７］，保证了有限元模型建立的准确性㊂接下来进行刚性小腿碰撞位置的选择［８］，首先依据法规确定在模型俯视图中确定保险杠角的位置，两端保险杠角之间即为碰撞区域㊂由于车辆前部相对于车辆坐标系［９］Ｙ轴的对称性，将中间的碰撞位置记为Ｐ０，向车辆坐标系Ｙ方向每隔２００ｍｍ设置一个碰撞位置，至保险杠处共有两个位置：Ｐ１和Ｐ２，对称地沿Ｙ负方向有Ｐᶄ１和Ｐᶄ２㊂国标要求，在碰撞区域沿Ｙ方向均等分为三部分，每部分至少设置一个碰撞点，所以作者对碰撞点的选择是合理的㊂最后根据该款车的高度调整刚性小腿Ｚ方向的位置，保证刚性小腿距离地面２５ｍｍ，设置刚性小腿初始条件为沿Ｘ轴的初速度为１１ １ｍ／ｓ㊂３㊀吸能泡沫部件的改进根据提交的试算结果，可以发现点Ｐ０的胫骨加速度和膝关节弯曲角度偏大，超过国标限值；点Ｐ１㊁Ｐ２各项结果严重偏大，导致计算难以收敛㊂吸能泡沫是吸收能量的功能性部件，相对于保险杠蒙皮具有较高的设计自由度，其主要的可改动特征尺寸如图３所示㊂图３㊀原泡沫部件特征尺寸对吸能泡沫部件进行改进设计［１０］，在点Ｐ０，在保证安装空间的情况下减小ｄ１和ｄ２的尺寸，会增大碰撞时的有效体积；增加点Ｐ１附近的厚度，也就是将增大ｔ的尺寸；延长泡沫尺寸以至覆盖全碰撞区域，能够保证点Ｐ２的碰撞结果合格㊂反复改进设计，并用仿真计算进行验证，得到最终的吸能泡沫如图４所示㊂图４㊀改进设计的泡沫部件特征尺寸用上面改进设计的吸能泡沫替换原来的有限元模型，并提交计算，前保险杠各部件在末时刻（ｔ＝３０ｍｓ）的内能如表４所示㊂表４㊀末时刻（ｔ＝３０ｍｓ）各部件内能统计Ｊ碰撞位置保险杠内能进气格栅内能吸能泡沫Ｐ０（原泡沫）９１３６１９８Ｐ０８６３２２５８Ｐ１６７２８２７６Ｐ２７１２６２７３从表４可以看出：改进设计后的吸能泡沫末时刻的内能明显增加，并且点Ｐ１㊁Ｐ２的计算结果良好（具体分析见第４部分），说明改进设计是有效的㊂另外可以通过选择泡沫材料，提高泡沫的功能性㊂研究表明：泡沫对能量吸收主要依靠平台屈服阶段，较长的平台阶段能够显著提升吸收能量，较低的平台应力可以使材料较早进入屈服阶段［１１］，具有较高的能量吸收效率（单位质量材料吸收能量与对应应力之比）；一定范围内泡沫的密度越小，刚度越小，能量吸收效率越高［１２］㊂发泡聚丙烯泡沫（ＥＰＰ）相对于硬质聚氨酯泡沫（ＰＵ）具有更好的缓冲吸能特性㊂可以综合考虑吸能泡沫以上的特性进行选择，然后在赋予材料时输入曲线并设置参数㊂４㊀验证和分析为了验证改进设计后吸能泡沫能够让实验结果符合国标中的各项要求，将各碰撞点的刚性小腿的指标输出，在ＬＳ－ｐｒｅｐｏｓｔ中用ＳＡＥ低通滤波器滤除噪声，得到各个指标的时间历程如图５所示㊂图５㊀各个指标的时间历程㊀㊀由仿真结果曲线可以看出：刚性小腿的胫骨加速度曲线从开始碰撞起不断增加（负值代表与速度方向相反），到达峰值时又开始减小㊂由于保险杠不同位置的结构有所差异，Ｐ０的峰值最小，因为中间位置保险杠蒙皮上有较大尺寸的安装凹坑，通过３次碰撞后保险杠蒙皮能量对比可以得出Ｐ０处保险杠蒙皮吸收的能量较多，这一定程度上减小了加速度峰值；Ｐ２处接近大灯组件，同样的大灯组件的变形与它和进气格栅㊁保险杠蒙皮间连接的失效都稍稍降低了加速度峰值；Ｐ１结构的缓冲效果最差，加速度峰值最大㊂膝关节弯曲角度曲线从ｔ＝０ｍｓ开始随着模型的变形程度不断地增大，不同位置的弯曲角度曲线差别不大㊂膝关节剪切位移可以代表韧带的撕裂程度，这与刚性小腿碰撞受力位置和韧带的相对位置关系密切，不同碰撞位置的形状差异导致刚性小腿受力位置不同，曲线差别也较大㊂Ｐ０位置各个时刻模型的变形情况如图６所示㊂图６㊀Ｐ０位置碰撞过程中模型变形情况㊀㊀通过仿真分析结果可以看出：改进后保险杠总成满足ＧＢ／Ｔ２４５５０－２００９对行人保护的各项指标的要求，但是胫骨加速度峰值和膝盖弯曲角峰值都比较接近法规上限㊂文中采用的模型缺少发动机罩，并简略了车灯内部组件，模拟时忽略了它们对能量的吸收，所以各项结果是偏安全的㊂５㊀结束语介绍了我国行人保护法规ＧＢ／Ｔ２４５５０－２００９中的下腿型对保险杠试验的仿真过程，针对一款汽车前部进行有限元模型建立㊁仿真试算㊁指导设计㊁最终达标的完整应用㊂得到以下结论：（１）保险杠部件对行人腿部保护十分关键，通过对保险杠部件的改进和优化，能够降低碰撞时行人腿部受到的伤害从而满足标准对行人保护的要求㊂（２）可以对吸能泡沫进行形状设计，增大碰撞区域的有效体积来增强吸收能量的功能性，选择吸能更好的吸能材料也增强吸能部件吸收能量的能力㊂参考文献：［１］李莉，杨济匡，李伟强，等．汽车碰撞行人交通伤害特点分析［Ｊ］．汽车工程，２００５，２７（１）：４４－４６．ＬＩＬ，ＹＡＮＧＪＫ，ＬＩＷＱ，ｅｔａｌ．ＡＳｔｕｄｙｏｎＰｅｄｅｓｔｒｉａｎＩｎｊｕｒｉｅｓｉｎＴｒａｆｆｉｃＡｃｃｉｄｅｎｔｓ［Ｊ］．ＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００５，２７（１）：４４－４６．［２］全国汽车标准化技术委员会．汽车对行人的碰撞保护：ＧＢ／Ｔ２４５５０－２００９［Ｓ］．北京：中国标准出版社，２０１０．［３］ＭＯＲＴＥＮＲ，ＪＥＮＳＥＮ．ＬＳＴＣＬｅｇｆｏｒｍＩｍｐａｃｔｏｒＦｉｎｉｔｅＥｌｅｍｅｎｔＭｏｄｅｌ［Ｚ］．ＮｅｗＹｏｒｋ：ＬｉｖｅｒｍｏｒｅＳｏｆｔｗａｒｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏｒｐ，２０１４．［４］何业磊．汽车仪表盘ＰＰ材本构关系计算［Ｊ］．塑性工程学报，２０１３，２０（４）：１１５－１１８．ＨＥＹＬ．ＣｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅＭｏｄｅｌＩｎｖｅｒｓｉｏｎａｎｄＣａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆＰＰＭａｔｅｒｉａｌｆｏｒＶｅｈｉｃｌｅＤａｓｈｂｏａｒｄ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｌａｓｔｉｃｉｔｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１３，２０（４）：１１５－１１８．［５］郑温洛．硬质聚氨酯泡沫在车门内饰板中的应用［Ｄ］．广州：华南理工大学，２０１３：２７－２８．［６］岳凯．门内饰板静压测试及有限元分析［Ｄ］．广州：华南理工大学，２０１７：２０－４０．［７］曲杰，覃威，郑温洛．车门内饰板总成耐撞性实验分析及优化［Ｊ］．机械科学与技术，２０１５，３４（８）：１２７４－１２７８．ＱＵＪ，ＱＩＮＷ，ＺＨＥＮＧＷＬ．ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＳｔｕｄｙａｎｄＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｎＣｒａｓｈｗｏｒｔｈｉｎｅｓｓＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆａＣａｒＤｏｏｒＴｒｉｍＳｙｓｔｅｍ［Ｊ］．ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒＡｅｒｏｓｐａｃｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１５，３４（８）：１２７４－１２７８．［８］乌秀春，周盼，鲁宏．轿车保险杠泡沫密度对行人腿部保护研究［Ｊ］．机械设计与制造，２０１６（３）：１１７－１２０．ＷＵＸＣ，ＺＨＯＵＰ，ＬＵＨ．ＴｈｅＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＶｅｈｉｃｌｅＢｕｍｐｅｒＦｏａｍＤｅｎｓｉｔｙｏｆＰｅｄｅｓｔｒｉａｎｓＬｅｇｓ［Ｊ］．ＭａｃｈｉｎｅｒｙＤｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ，２０１６（３）：１１７－１２０．［９］余志生．汽车理论［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００９：２０１－２１０．［１０］张志飞，李勋，徐中明，等．面向行人下肢保护的汽车前端结构刚度优化设计［Ｊ］．汽车安全与节能学报，２０１５，６（２）：１３９－１４４．ＺＨＡＮＧＺＦ，ＬＩＸ，ＸＵＺＭ，ｅｔａｌ．ＯｐｔｉｍａｌＤｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅＶｅｈｉｃｌｅＦｒｏｎｔ－ｅｎｄＳｔｒｕｃｔｕｒｅＳｔｉｆｆｎｅｓｓｆｏｒＰｅｄｅｓｔｒｉａｎＬｏｗｅｒＬｅｇＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＳａｆｅｔｙａｎｄＥｎｅｒｇｙ，２０１５，６（２）：１３９－１４４．［１１］李玉兰．真应力－应变的定义及其力学特征［Ｊ］．重庆大学学报（自然科学版），２００１，２４（３）：５８－６０．ＬＩＹＬ．ＤｅｆｉｎｉｔｉｏｎａｎｄＭｅｃｈａｎｉｃａｌＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＴｒｕｅＳｔｒｅｓｓ－Ｓｔｒａｉｎ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ），２００１，２４（３）：５８－６０．［１２］卢子兴．聚氨酯泡沫塑料的强度与断裂韧性［Ｊ］．力学学报，２０００，３２（５）：６２７－６３１．ＬＵＺＸ．ＩｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｎｔｈｅＦｒａｃｔｕｒｅＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＰｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅＲｉｇｉｄＦｏａｍＰｌａｓｔｉｃｓ［Ｊ］．ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＴｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎｄＡｐｐｌｉｅｄＭｅｃｈａｎｉｃｓ，２０００，３２（５）：６２７－６３１．曼牌滤清器Ｆｌｅｘｌｉｎｅ灵活外形空气滤清器实现定制化需求㊀㊀汽车内的安装空间一般都比较紧凑㊂在过去的几十年里，舒适性功能㊁涡轮增压等越来越多的车内装置都大大减少了汽车发动机舱内的可用空间㊂为此，全球滤清专家曼胡默尔研发出了具有灵活外形的新型空气滤清器，可以更有效地利用车内的安装空间㊂针对独立售后市场，曼牌滤清器ＦｌｅｘｌｉｎｅＣ２６０１７和Ｃ３００３０这两款产品已经应用于梅赛德斯－奔驰Ａ级车和Ｂ级车㊂其中，Ｃ２６０１７空气滤清器适用于汽油发动机，Ｃ３００３０则适用于柴油发动机㊂此外，为其他汽车制造商研发的下一代灵活外形滤芯也在计划中㊂虽然矩形㊁梯形和具有直边的多边形曾是扁平式空气滤清器的主导设计，而曼牌滤清器Ｆｌｅｘｌｉｎｅ也能有效利用具有曲面外形的安装空间㊂ 与传统设计相比，我们研发的新型空气滤清器可以覆盖更大的过滤面积，从而实现更高的分离效率和容尘量， 曼胡默尔汽车售后市场空气滤芯产品研发员ＤａｎｉｅｌＳＣＨＭＩＤ说㊂ Ｆｌｅｘｌｉｎｅ空气滤清器的外形设计采用了前沿的激光技术，这意味着我们几乎可以制作任何传统方法无法完成的外形㊂这种激光技术让我们为滤清器的制造设立了新的标准㊂Ｄａｎｉｅｌ强调道㊂与几何形状有限且直边的滤清器相比，Ｃ２６０１７空气滤清器具备许多令人印象深刻的特点，比如增加了１１％的过滤面积㊁提高了２２％的容尘量㊁降低了１６％的压力损失等㊂与此同时，与标准产品相比，新型Ｆｌｅｘｌｉｎｅ空气滤清器由于外形的优势，可以在更加扁平的安装空间内使用㊂梅赛德斯－奔驰是第一家使用曼胡默尔这一创新解决方案的汽车制造商，且正将这一解决方案作为其ＭＦＡ２（模块化前端架构）平台的标准㊂因此，曼胡默尔的新型空气滤清器将被用于奔驰Ａ级车㊁Ｂ级车及其未来的衍生车型中几乎所有的四缸汽油和柴油发动机㊂曼胡默尔已向德国专利和商标局及其他国家提交了Ｆｌｅｘｌｉｎｅ空气滤清器的制造方法和设计的专利申请㊂（来源：俞庆华）。
面向行人下肢碰撞保护的汽车前端结构快速优化设计研究
面向行人下肢碰撞保护的汽车前端结构快速优化设计研究汇报人：日期:contents•研究背景与意义•行人下肢保护与汽车前端结构优化设计理论基础目录•汽车前端结构对行人下肢碰撞保护性能的影响分析contents•基于快速优化设计的行人下肢碰撞保护汽车前端结构研究目录•实验验证与结果分析•结论与展望01研究背景与意义汽车保有量日益增长01随着社会经济的发展和人民生活水平的提高，汽车已经成为越来越多人的出行工具。
行人碰撞事故频发02然而，在城市交通中，行人交通事故的发生率居高不下，其中与汽车碰撞是较为常见的一种。
碰撞保护需求迫切03对于行人来说，碰撞事故中的伤害程度取决于汽车前端的结构设计和碰撞速度。
因此，对汽车前端结构进行优化设计以减少对行人的伤害成为了一项重要任务。
减少医疗负担行人受伤后需要医疗救治，优化汽车前端结构可以减少医疗负担，为社会节省大量医疗资源。
推动汽车行业技术进步针对行人碰撞保护的汽车前端结构优化技术是汽车行业的一个重要研究方向，有助于推动汽车行业的技术进步。
提高行人安全性通过优化汽车前端结构，可以降低碰撞事故中行人受伤的风险，提高行人的安全性。
研究目的：本研究旨在通过计算机辅助设计（CAD）技术和有限元分析方法，对汽车前端结构进行快速优化设计，以提高对行人下肢的碰撞保护性能。
研究内容1. 建立汽车前端有限元模型；2. 根据碰撞保护性能指标，确定优化设计的目标函数；3. 利用遗传算法等优化算法对汽车前端结构进行快速优化设计；4. 通过实验验证优化设计的效果。
研究目的与内容02行人下肢保护与汽车前端结构优化设计理论基础行人下肢碰撞保护研究的起源和发展从早期的汽车设计只考虑车辆的安全性，到近年来随着行人保护法规的完善和对行人安全的关注，行人下肢保护研究得到了越来越多的重视。
行人下肢碰撞保护研究的主要方向包括对行人下肢的生物力学响应、碰撞过程中车辆与行人间的作用力、以及减轻行人伤害的汽车结构设计等方面的研究。
车辆前保险杠结构分析优化设计
设备管理与维修2021翼6（上）车辆前保险杠结构分析优化设计刘向丽（山西大同大学教学实验与实训中心，山西大同037000）摘要：在城市交通事故中，车辆碰撞行人事故比较普遍，而行人的小腿是主要被碰撞部位。
为评估这种伤害，对行人的刚性腿和柔性腿两种结构、被碰撞后的伤害指标、有限元分析过程进行研究。
通过创建两种腿型和某个汽车前端的有限元模型进行腿部碰撞分析，根据得到伤害数据对该车型前端进行结构优化。
研究结果表明，膝部韧带处的伤害对汽车前端两边的大弧度模型比较敏感，胫骨所受弯矩会随着保险杠梁支撑刚度的减小而减小。
关键词：有限元碰撞分析；刚性腿；柔性腿；结构优化中图分类号：U461.91文献标识码：B DOI ：10.16621/ki.issn1001-0599.2021.06.070引言我国属于人口密度较大的国家，城市中行人被撞的事故很多，因此在2010年我国就制定了在汽车碰撞行人保护方面的国家标准，颁布了GB/T 24550—2009《汽车对行人的碰撞保护》。
在此规范中，行人的保护冲击器为刚性腿[1]。
但是在2014年，欧洲对新车的规范Euro-NCAP 《欧洲新车评价规程评价》中，改用柔性腿作为行人碰撞保护的评价指标[2]。
行人碰撞保护的欧洲法规ECER127《行人保护法规划线及定点》，从2015年也开始使用柔性腿。
本文通过有限元碰撞法，对行人的刚性腿（TRL ）和柔性腿（Flex-PLI ）进行碰撞研究分析，并根据分析结果对汽车前端结构优化提供方向，为以后的结构设计方向提供依据。
1柔性腿和刚性腿的伤害指标刚性腿被碰撞后有3个伤害指标，分别是膝关节的剪切方向位移，膝关节的弯曲角度和胫骨的加速度值。
柔性腿对股骨、胫骨和膝关节分别有弯矩指标，此外还对膝关节的韧带伸长量和胫骨弯矩有指标，其中的股骨弯矩目前只作为监控值，不作为评定伤害的指标。
膝关节韧带伸长量包含4个部分：前十字交叉韧带（ACL ），后十字交叉韧带（PCL ），内侧副韧带（MCL ）和外侧副韧带（LCL ）。
基于行人腿部保护的保险杠造型优化设计
基于行人腿部保护的保险杠造型优化设计
肖宏伟;陆善彬;武栎楠
【期刊名称】《汽车技术》
【年(卷),期】2010(000)010
【摘要】建立了某车车身前部的有限元模型,并将其与MADYMO腿部冲击器模型进行了耦合.利用MADYMO-DYNA耦合算法对腿部冲击器与保险杠的碰撞过程进行了仿真分析,并根据GTR法规要求对保险杠的行人腿部保护性能作出了评价.从造型角度提出了3点改进保险杠行人保护性能的方法,并阐述了利用ALIAS设计保险杠的过程.对改进后的保险杠进行仿真分析表明,改进方案有利于提高保险杠的行人腿部保护性能.
【总页数】4页(P30-33)
【作者】肖宏伟;陆善彬;武栎楠
【作者单位】吉林大学;吉林大学;吉林大学
【正文语种】中文
【中图分类】U461.91
【相关文献】
1.基于行人腿部保护的保险杠吸能结构设计 [J], 贺岩松;杨海威;徐中明;万鑫铭;范体强
2.基于行人腿部保护的商用车保险杠系统参数优化分析 [J], 尚雯雯;郑松林;刘斌;黄晨晖;漆露霖
3.基于行人下腿部与汽车保险杠的碰撞研究及优化设计 [J], 李乐新;滕科;黄河
4.基于行人小腿保护的保险杠结构稳健性优化设计 [J], 钱立军;宋佳;谷先广
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面向行人下肢保护的汽车前端结构刚度优化设计
面向行人下肢保护的汽车前端结构刚度优化设计张志飞;李勋;徐中明;贺岩松【摘要】为改善汽车的行人下肢保护性能,提出了一种基于多刚体动力学模型的汽车前端结构刚度设计方法.依据下腿型对保险杠的碰撞试验和汽车前端结构的有限元模型,仿真获得腿部碰撞区域的刚度参数和汽车前端的几何位置参数,在Maydymo中建立了该模型.利用全局响应法(GRSM)进行优化求解.以下肢胫骨加速度、膝部弯曲角度和膝部剪切位移这3个伤害指标归一化后的均方估计(MSE)为优化目标,以保险杠和副保险杠的屈服力和最大变形量为4个设计变量.结果表明:目标函数降低了73.9％,胫骨加速度下降了50.3％,膝部弯曲角下降了48.9％.这说明:对汽车前端结构刚度的优化可以有效提升其行人下肢保护性能.【期刊名称】《汽车安全与节能学报》【年(卷),期】2015(006)002【总页数】6页(P139-144)【关键词】行人保护;多刚体模型;汽车;刚度设计;优化【作者】张志飞;李勋;徐中明;贺岩松【作者单位】重庆大学机械传动国家重点实验室,重庆400030,中国;重庆大学汽车工程学院重庆400030,中国;重庆大学汽车工程学院重庆400030,中国;重庆大学机械传动国家重点实验室,重庆400030,中国;重庆大学汽车工程学院重庆400030,中国;重庆大学汽车工程学院重庆400030,中国【正文语种】中文【中图分类】U461.91在交通事故中，行人因为没有足够的保护空间而成为易受伤害的高危群体，如何更好地保护行人的安全是汽车安全开发方面迫切需要提高的地方。
世界卫生组织(World Health Organization, WHO)公布的《道路安全现状报告(2013)》中显示[1]：全球每年有124万人死于道路交通事故，其中一半是弱势道路使用者，即行人(占22%)、骑车者(占5%)和摩托车骑行者(占23%)，而行人下肢是在人车碰撞中最容易受伤的部位，在行人身体的各个部位中受伤概率高达32.6%[2]。
基于行人腿部保护的商用车保险杠系统参数优化分析
基于行人腿部保护的商用车保险杠系统参数优化分析尚雯雯;郑松林;刘斌;黄晨晖;漆露霖【摘要】建立了某型商用车前部结构的有限元模型,基于GTR法规对行人腿部保护的规定,采用正交试验设计方法进行碰撞模拟试验及参数灵敏度分析,找出了影响商用车行人腿部保护性能的主要设计参数,并从结构和造型角度提出了改进此款车型腿部保护性能的方法.%A finite element model of a commercial vehicle front structure is established in this paper. Based on the GTR (Global Technical Regulation) of Pedestrian Protection on lower leg impact, through orthogonal experiment design, parameter sensitivity analysis and crash simulation test, the research found out the main design factors influencing pedestrian protection on leg impact, and proposed improvement suggestions on the point of structure and style.【期刊名称】《汽车技术》【年(卷),期】2012(000)007【总页数】5页(P22-26)【关键词】商用车;保险杠系统;参数优化;行人腿部保护;正交试验【作者】尚雯雯;郑松林;刘斌;黄晨晖;漆露霖【作者单位】上海理工大学;上海理工大学;上海汽车集团商用车技术中心;上海汽车集团商用车技术中心;上海汽车集团商用车技术中心【正文语种】中文【中图分类】U461.911 前言根据欧洲车辆安全委员会EEVC（European Enhanced Vehicle Committee）对行人伤害事故统计数据的分析结果，在行人与车辆的碰撞过程中，头部伤害和腿部伤害所占比例分别为31.3%和32.4%[1]，是行人保护研究的两个主要方向，而其中腿部伤害是最常见的行人伤害类型。
实验设计的行人保护小腿优化.docx
实验设计的行人保护小腿优化汽车行人事故中行人腿部是最容易受到伤害的部位之一。
20XX 年10月发布的推荐性国家标准GB/T34550—20XX《汽车对行人的碰撞保护》规定，在行人腿部碰撞测试中评价行人小腿伤害程度时主要使用3个指标:胫骨加速度、膝部弯曲角度和膝部剪切位移。
针对如何减小行人小腿伤害的3个指标，国内外专家做了大量研究［1－7］，主要采用合理设计、布置和优化保险杠前部与小腿碰撞相关的零部件的方法。
本文针对某车型进行行人保护小腿碰撞仿真分析，提出了一种优化方法，即在原状态的基础上增加副保险杠和吸能盒，然后以吸能盒厚度、屈服强度以及吸能盒与保险杠蒙皮的距离为设计变量，以腿部伤害的3个评价指标最小化为目标进行全因子实验，并构造响应面模型，最后通过序列二次规划法优化得到最优的组合，并对其进行验证。
1行人保护小腿建模与仿真对本次仿真所使用的模型进行了正面碰撞对标分析，部分对标分析曲线如图1、2所示，可见模型具有较强的可信度。
汽车上与行人保护小腿有关的部分主要是在碰撞过程中会与小腿接触的部分，包括保险杠、翼子板、大灯、冷凝器、进气格栅和防撞横梁等部件。
对目标车型进行处理，保留上述主要部件，只截取车身前面部分，这样有助于节省计算时间。
将车辆底部和后面截断处的6个自由度全部约束。
按照法规要求，小腿冲击器以40km/h的速度撞击车辆保险杠区域，并以法规规定的3个评价指标对小腿伤害进行评价。
仿真模型及仿真碰撞结果如图3～6所示。
由图4～6可以看出:小腿弯曲角度(ANG)最大为9.67°，剪切位移(DISP)最大为1．569mm，符合法规要求，但是加速度(ACC)最大值为180．650g，超过法规规定值(170g)，最大的峰值出现在0.012s小腿撞击防撞横梁时，而加速度曲线在0.005s小腿冲击器碰撞保险杠蒙皮时出现小的峰值。
因此，为满足法规的要求，需要对车辆前端进行适当的结构优化。
2前端结构优化和全因子实验模型分析为了减小加速度，需要在保险杠蒙皮后、保险杠横梁前增加1个吸能盒，吸收碰撞能量，防止小腿直接撞上防撞横梁。
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Improve analysis of front bumper system based on the pedestrian Lower ExtremityprotectionBingyu Wang 1, Jikuang Yang1,2 , Fan Li 1, Yong Han1, Yong Peng 11State Key Laboratory of Advanced Design and Manufacture for Vehicle Body， Changsha，410082；2Department of applied Mechanics,Chalmers University of technology，Gothenburg Swenden，41296Abstract：In order to improve the protected ability of bumper system referring to the Lower Limb in pedestrian to vehicle collision, in current study, a vehicle FE model was developed and the EEVC legform impactor was used to evaluate the protection performance of the front bumper system on the pedestrian Lower Leg. The injury risk of the Lower Extremity was decreased by attaching the energy absorber and a lower spoiler. Moreover, the parameters of the two components, such as the material of the absorber, the anterior-posterior distance between the front and rear surface of absorber, the thickness of the lower spoiler and it's distance in anterior and posterior direction was analyzed by using orthogonal experiment design method. The study results showed that the optimized front bumper system can effectively decrease tibia acceleration and knee bending angle. The injury index of the Lower Leg can meet the EuroNCAP requirement. The analysis result showed that the method of the design of the front bumper system could be applied to develop the pedestrian Lower Extremity protection device.Keywords：Legform impactor, energy absorber, lower spoiler, Lower Limb injury, FE analysis基于行人下肢防护的前保险杠系统的改进分析王丙雨1，杨济匡1,2，李凡1，韩勇1，彭勇11湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室，长沙，410082 2瑞典查尔摩斯大学 应用力学系，瑞典，41296摘要：利用有限元方法，建立了小腿冲击器与汽车前部结构的碰撞模型，用以评价某款车保险杠系统对小腿损伤的影响。
通过增加吸能部件、副保险杠加强板等方式减轻行人下肢的损伤，并通过正交试验设计研究了吸能部件的材料、吸能部件前后面之间的距离、副保险杠加强板的厚度以及副保险杠加强板前后面之间的距离对行人下肢损伤的影响。
研究结果表明，经正交试验设计后的前保险杠系统能有效地减小小腿冲击器的胫骨加速度以及膝关节弯曲角度，使得下肢保护指标满足EuroNCAP法规要求。
优化设计后的前保险杠系统更好的防护行人下肢的损伤。
关键词：小腿冲击器，吸能部件，副保险杠加强板，下肢损伤，有限元分析1.前言在中国，2008年因交通事故而死亡的行人占了道路交通事故死亡总人数的25.74%，受伤人数占总受伤人数的18.64%[1]。
为了更好地保护行人、提高车企对行人保护的重视，我国于2010年7月1日开始实施行人保护法规[2]。
据统计分析，行人下肢损伤的发生频率仅次于头部损伤。
虽然下肢损伤是非致命的，但是它们会导致患者长时间的病痛甚至残疾。
下肢损伤通常是由行人碰撞汽车前保险杠系统所造成的。
前人的研究表明[3、4、5]保险杠系统的结构参数的选择对下肢损伤有很大的影响。
因此对前保险杠系统的结构参数进行优化，设计行人友好型的汽车前保险杠对行人下肢损伤防护有重要意义。
在前保险杠的系统改进方面，Stephen Shuler等人[4]在比较了注塑塑料吸能部件与泡沫吸能部件的吸能效率后，利用正交试验分析优化了前保险杠系统，结果表明优化后的前保险杠系统的小腿损伤值在法规要求值以内。
而韩国学者Jae-Wan Lee 等人[5]综合考虑小腿损伤的三个指标后，提出一个衡量小腿损伤的综合指标，并在利用正交试验分析得到了在综合指标最小时的前保险杠参数。
但是他们都没有考虑吸能部件以及副保险杠系统本身的几何形状对小腿损伤的影响。
本文主要针对欧洲新车评价体系EuroNCAP（European New Car Assessment Program）行人保护法规中所规定的下腿型冲击器的实验要求，以国外某款车为参考模型，建立起有限元模型。
通过添加吸能部件、副保险杠加强板，并利用正交试验设计来优化吸能部件以及副保险杠的结构，使得优化过的保险杠结构满足EuroNCAP行人法规要求。
2.模型的建立2.1 下腿型冲击器如图1所示，仿真中所使用的小腿冲击器是Arup公司根据EEVC要求所建立的。
它由7457个单元组成，质量为13.4kg，主要由最外层的皮肤层，中间的肌肉层、里层圆柱形的胫骨和股骨以及连接胫骨和股骨的韧带组成。
其中皮肤层为壳单元，材料是3号理想塑性材料；肌肉层为实体单元，材料是62号粘弹性材料；骨结构是实体单元，材料是20号刚性材料；韧带用梁单元来模拟，材料为68号材料。
中间部位有两个弹簧单元，分别用来测量膝关节弯曲角度和剪切位移。
在膝关节下方66mm 处定义了一个加速度计，用来输出胫骨上端的加速度值[6]。
2.2 汽车模型本文所采用的汽车前部模型是基于整车有限元模型而建立起来的，从中截取汽车前部架构，保留A柱以前的部件，并去除对小腿碰撞没有影响的部件，如轮胎、悬架机构、转向结构以缩短仿真计算时间。
在仿真中，对汽车前部结构后端施加六个方向上的约束，如图2所示。
图1.EEVC（Arup）下肢冲击器图2.汽车前部结构模型2.3 仿真分析模型的建立根据EuroNCAP[7]的规定小腿冲击器的底部距离地面的距离为25mm。
小腿冲击器以40Km/h的速度沿水平方向碰撞汽车保险杠。
在模型中定义了冲击器的自接触、车辆的自接触以及冲击器与车辆的接触。
选取在事故统计中最易造成下肢损伤的位置，即车辆中心轴线处，作为碰撞点。
建立起的碰撞模型如图3所示。
图3. 下肢冲击器与汽车碰撞模型3.模型的仿真分析及保险杠结构的改进3.1. 原始模型下肢保护性能评价a 胫骨加速度－时间曲线b 膝关节弯曲角度－时间曲线图4 原始模形的小腿碰撞结果该车原始模型的碰撞结果如图4所示。
从胫骨加速度曲线可以看出最大胫骨加速值出现在第二个波峰，即小腿冲击器撞到保险杠横梁时。
由于保险杠系统中没有添加吸能部件，虽然在中间位置的吸能空间达到85mm，但胫骨加速度还是超出了法规要求，达到202.6g。
从膝关节弯曲角度的曲线上可以看出膝关节弯曲角度最大值出现在胫骨加速度峰值以后，即小腿冲击器回弹的初始阶段。
由于保险杠下端刚度较小，而进气格栅刚度较大，造成小腿冲击器上端开始回弹时，其下端仍然在向前运动，造成膝关节弯曲角度超出法规要求值，达到20°。
小腿冲击器上下两部分的相对位移为1.9mm。
3.2 改进措施及正交试验设计原始的保险杠设计不能满足法规要求，所以要对其相关参数进行优化，使得改进后模型的碰撞结果能够达到法规要求值，从而更好地保护行人。
针对小腿胫骨加速度过大，本文主要采用添加泡沫吸能部件来减少胫骨加速度的值；而对于膝关节弯曲角度过大的问题，本文采用添加副保险杠加强板以及通过正交试验设计匹配吸能部件及副保险杠刚度的方法来减小膝关节的弯曲角度。
3.2.1 改进措施及试验参数的设计文中主要采用的吸能部件如图4所示，采用的副保险杠加强板如图5所示。
并以吸能部件的材料、前后面之间的距离以及副保险杠加强板的板厚、前后面之间的距离为试验因素，每个因素选取三个水平。
以评价小腿损伤的三个指标：胫骨加速度、膝关节弯曲角度以及膝关节剪切位移为评判目标。
图4 缓冲吸能部件图5 副保险杠加强板如表2所示，四个因素分别为XM—吸能部件的材料，XD—吸能部件前、后面之间的距离，BT—副保险杠加强板的板厚，BD—副保险杠加强板前、后面之间的距离。
XM的选择为EPP30、EPP80以及60g/L的聚丙烯这三种泡沫，XD的变化范围为0~20mm，BT的变化范围为2.5~3.5mm，BD的变化范围为10~30mm。
20°时的EPP泡沫[8]以及聚丙烯泡沫应力—应变曲线所示。
表2 设计因素水平表因素 水平1 水平2 水平3XM EPP30 EPP80 60g/L的聚丙烯XD 0 10 20BT 2.5 3 3.5BD 10 20 30图6 20°C时三种泡沫材料的应力—应变曲线3.2.2 正交试验设计对于表2中所选取的四个参变量，利用正交设计表L9（34）进行试验选点，共进行9次试验。
按照实验设计点，在HYPERMESH中改变相关的参数，以小腿冲击器冲击汽车中心轴线处以及吸能盒处的胫骨加速度、膝关节弯曲角度以及膝关节剪切位移作为输出参数。
试验结果如表3所示。
表3 正交试验设计表试验号 XM XD BT BD 胫骨加速度（g）弯曲角度（°）剪切位移（mm）1 1 1 1 1 122.6 12.8 1.52 1 2 2 2 118.6 10.5 1.653 1 3 3 3 115 8.1 1.74 2 1 2 3 194.6 18.6 5.85 2 2 3 1 188 20.2 5.736 2 3 1 2 186.4 17.16 5.257 3 1 3 2 180 20.6 5.38 3 2 1 3 168 17.2 5.159 3 3 2 1 171 18 4.754.实验结果分析与讨论如表4所示，水平1至3代表各变量在某一水平值下的胫骨加速度峰值的总和，如XM（吸能部件的材料），从正交表可以看出，XM在水平1下重复试验的次数为3次，因此水平1下的胫骨加速度峰值的总和为：T=y1+y2+y3=356.2（1）极差R的大小反映了R某列因素的水平改变对试验结果的影响大小，R越大反映某列因素的影响越大表4 胫骨加速度极差分析表XM XD BT BD 水平1 356.2 497.2 477 481.6 水平2 569 474.6 484.2 485 水平3 519 472.4 483 477.6 极差R 212.8 24.8 7.2 7.4 由表4可以看出，四个参变量对胫骨加速度影响的显著性由强到弱依次是XM>XD>BD>BT，其中缓冲吸能部件的材料以及缓冲块前、后面之间的距离对胫骨加速度的影响要远远超过其它三个参变量。