总布置设计对行人保护的重要影响

设计·创新-24-AutoEngineer技术聚焦FOCUS2009(2)随着经济的迅速发展，汽车保有量逐年上升，汽车迅速发展带来的后果是汽车安全事故的频发，事故中行人受伤和死亡率也同时上升。为了有效地控制汽车事故中行人的伤亡率，欧美和日本等发达国家制定了一系列相应的强制法规和政策，以约束汽车结构和性能，昀大化的提高行人的安全系数。我国在行人保护方面尚无相应的强制法规，但国内汽车生产厂商对车辆行人保护的设计却有了一定的重视。在前期布置中，应设计对行人保护有作用的造型和结构，以增加行人安全系数。1法规要求1.1欧洲法规欧盟强制法规70/156EC第1阶段已经从2005年生效实施，更为严格的第2阶段将从2010年生效；欧洲新车评估组织（EuroNCAP）也单独设定了行人保护星级标准（昀高4星），以评价车辆行人保护能力。欧洲法规2个阶段要求的碰撞条件，如图1和图2所示。1.2试验方法采用：下腿部（包括膝关节）与保险杠碰撞；上腿部与发动机罩边缘（BLE）碰撞；儿童和成人头部与发动机罩碰撞的形式。车辆与行人的主要伤害性接触，如图3所示。摘要：随着经济的迅速发展，我国已成为世界上重要的汽车生产和消费国之一。汽车迅速发展带来的后果是汽车安全事故的频发。为了有效地控制汽车事故中行人的伤亡率，文章介绍了欧盟强制法规的碰撞条件及评价分值，以约束汽车结构和性能，增加行人安全系数。分析了在前期总布置中设计对行人保护有作用的造型和结构。指出总布置工作对整车安全和行人安全起到了非常关键的作用，越来越受到各个厂家和消费群体的重视。关键词：总布置；行人保护；安全性InfluenceonPedestrianProtectionExertedbyGeneralLayoutAbstract:Withtherapideconomicdevelopment,Chinahasbecomeoneofthemostimportantautomobilemanufacturingandconsumingcountries.Therapidgrowthofautoindustryhasresultedinfrequenttrafficaccidents,injuredpedestriansandincreaseddeathrate.Inordertocontrolthedeathrateeffectively,thispaperintroducedcollisionstandardsinEUcompulsiveregulationsanditscriteriaforevaluationsoastocontrolstructureandperformanceofvehiclesanditwillincreasepedestriansafetyindex.Thispaperanalyzestheusefulstructureandstylingwhicharegoodforprotectingpedestriansafetyingenerallayoutdesign.Itpointsoutthatgenerallayoutisplayinganimportantroleinensuringthewholevehiclesafetyandinprotectingpedestrians’safetyandthishasdrawnmoreandmoreattentionfrombothautomobilemanufacturersandconsumers.KeyWords:Generallayout;Pedestrianprotection;Safety总布置设计对行人保护的重要影响赵继峰(天津一汽夏利汽车股份有限公司)图1欧洲法规第1阶段要求的碰撞条件图2欧洲法规第2阶段要求的碰撞条件AutoEngineer-25-技术聚焦FOCUS第2期Design-Innovation1.3评价分值评价分值，如表1所示。2总布置设计2.1发动机舱及零部件设计2.1.1总布置分析第1阶段法规要求：3.5kg儿童和矮小成人头部模拟器以35km/h的速度撞击发动机舱盖；第2阶段法规要求：2.5kg儿童和4.8kg成人以40km/h的速度撞击发动机舱盖。在撞击时，第1阶段的撞击能量为165J，通过计算要求发动机舱盖与舱内零部件的有效空间为60～70mm，见图4；第2阶段的儿童头部质量减小1kg，成人头部质量增大1.3kg，但由于撞击速度提高，因此成人头部碰撞能量增大，发动机舱盖与舱内零部件的空间距离要增大到75～85mm左右，才能满足设计要求。此空间要求并非硬性要求，还要根据发动机舱内板结构和零部件具体状态来确定。目前改进车辆的行人保护特性主要遵循以下2个原则：1）通过优化车辆前部结构形状降低发生碰撞后行人各部位与车辆之间的相对碰撞速度；2）降低碰撞区的刚度并改进碰撞区的吸能特性。2.1.2发动机舱内布置发动机舱内部对头部碰撞有影响的零部件主要是：发动机罩、蓄电池、空滤、电器盒及储液罐等。在进行发动机舱布置时，应考虑头部碰撞区域，尤其是蓄电池、空滤及发动机本体昀为重要，要降低这些件的高度，增大与发动机盖板的有效距离；同时应结合具体零件尺寸考虑离地间隙、运动干涉及热平衡等因素对发动机舱布置的限制，这些限制性约束主要与前期造型和总布置有很大关系。因此，在布置发动机舱时应考虑全面，避免造成法规和布置上的冲突。发动机舱内布置，如图5所示。2.1.3CAE分析根据法规要求，总布置确定发动机舱盖头部碰撞区域，CAE结合发动机舱内零部件具体布置形式对头部碰撞进行分析，确定头部HIC值大于法规规定图3车辆与行人的主要伤害性接触点碰撞第1阶段第2阶段EuroNCAP红（0分）黄（0.01～1.99分）绿（2分）头部与发动机罩HIC值1000（发动机罩表面2/3），HIC值2000（发动机罩面剩余1/3）。成人区域仅做检测HIC值1000（整个碰撞区域）HIC13501000HIC1350HIC1000上腿部与发动机罩前缘仅作检测负荷5kN弯曲力矩300N·m负荷6kN弯曲力矩300N·m5kN负荷6kN300N·m弯曲力矩380N·m负荷5kN弯曲力矩300N·m下腿部与保险杠胫骨加速度200g弯曲角度21°剪切位移6mm胫骨加速度150g弯曲角度15°剪切位移6mm胫骨加速度200g弯曲角度20°剪切位移8mm150g胫骨加速度200g15°弯曲角度20°6mm剪切位移8mm胫骨加速度150g弯曲角度15°剪切位移6mm上腿部与保险杠选择性负荷7.5kN弯曲力矩510N·m与“上腿部与发动机罩前缘碰撞试验”相同表1评价分值D7Rキゟⱘ㸠ҎFϞ㝓䚼Ϣথࡼᴎ㔽ࠡ㓬᥹㾺E㝱ⲪϢֱ䰽ᴴ᥹㾺G༈䚼Ϣথࡼᴎ㔽᥹㾺图4发动机盖碰撞空间70mm图3车辆与行人的主要伤害性接触点图5发动机舱内布置图蓄电池发动机本体空滤-26-AutoEngineer技术聚焦FOCUS2009年2月设计·创新值的区域，如图6所示。结合CAE计算结果，应对超分区域进行优化设计布置或更改零件结构尺寸，以使分值下降到规定范围内。2.2腿部碰撞按照整车的正常形式姿态，根据法规2004/90/EC确定碰撞区域。腿部碰撞区域，如图7所示。腿部碰撞分为上腿部碰撞和下腿部碰撞。上腿部主要测量参数为：上腿负荷和弯曲力矩；下腿部主要测量参数为：胫骨加速度、弯曲角度及位移。CAE分析后，得到各组数据进行分析，结合分析结果对前保险杠和机盖边缘等零件进行优化，以使数据符合法规规定要求。下腿部与保险杠接触，主要考虑胫骨加速度和弯曲角度，胫骨加速度受前保险杠刚度和有效空间控制。选择合适的保险杠材料，控制其刚度，在伤害值内增大有效吸能空间是控制胫骨加速度的有效方法。下腿部弯曲角度则主要由保险杠造型和结构决定，如果保险杠过于突出，造成下腿部主要由一点承载撞击力，就会造成弯曲角度增大，如图8所示。为了避免弯曲角度增大，可改变保险杠造型，增加受力区域，使下腿部受力均衡，因此有效地减小下腿部弯曲角度，如图9所示。保险杠下部增加突出结构虽然能吸收下腿部一部分撞击能量，但可能会改变整车的造型风格，影响整车的空气动力学特性，从而影响发动机舱内的热平衡和发动机冷却性能。因此，总布置要考虑由于改变前保险杠结构形式带来的这些关联影响。保险杠横梁与外表面之间要求有一定的吸能空间，经过计算，第1阶段要求的有效空间距离为60mm左右，但第2阶段的要求更为严格，因此，有效吸能空间距离会相应增加到80mm左右。但国内生产的大多数汽车只满足“低速保险杠碰撞规定ECE42”的要求，其吸能空间为20～40mm，为了满足第1和第2阶段的要求，就必须增加20～40mm的空间，或在保险杠与外表面之间填充具有一定刚度的泡沫，起到吸能的作用。3EuroNCAP标准EuroNCAP标准对行人保护的试验方法与70/156/EC基本相同，但EuroNCAP标准给出了评星标准。根据不同分值进行评定，以确定车的安全标准，如图10所示。E-NCAP在进行评分时要进行4项试验：1）6次儿童头部碰撞试验；2）6次成人头部碰撞试验；3）3次上腿部碰撞试验；4）3次下腿部（选择性上腿部）碰撞试验。每次试验昀高分为2分，总分昀高为36分。比例图应用于每次试验的伤害值程度。HIC值为1350或更高时，得分为0分；HIC值为1000或更低时，得分为2分，介于这2个限值之间的得分参照线性比例(下转第60页)图7腿部碰撞区域图8保险杠突出示意图图9保险杠下部增加突出结构示意图62710621492146413204134123963614046176935805366566876007007816326077071108636720865829628815101282171980499885085487686198210411059106310891091107987012316233730444533394651524740332631241710332251811415125202213621203534135055495448531211147910222935108013261200图6碰撞区域及分值-60-AutoEngineer2009年2月使用·维修USE·SERVICE电路，从而接通启动机与蓄电池之间的电路，蓄电池便向启动机供给400～600A的电流，启动机产生驱动转矩将发动机启动。发动机启动后，如果驾驶员没有及时松开点火开关，那么由于交流发电机电压升高，其中性点电压达5V时，在复合继电器的作用下，启动机的电磁开关将自动释放，切断蓄电池与启动电动机之间的电路，启动机便会自动停止工作。根据GB9420-88的规定，汽车用启动电动机电路的电压降（每百安培的电压差）12V电器系统不得超过0.2V，24V电器系统不得超过0.4V。因此，连接启动电动机与蓄电池之间的电缆必须使用具有足够横截面积的专用电缆并连接牢固，防止出现接触不良现象。3）点火系统线路。点火系统包括点火线圈、分电器、点火开关与电源。线路特点：a.在低压电路中串有点火开关，用来接通与切断初级绕组电流。b.点火线圈有2个低压接线端子，其中“-”或“1”端子应当连接分电器低压接线端子，“+”或“15”端子上连接有2根导线，其中来自启动机电磁开关的蓝色导线，（注：个别车型因出厂年代不同其导线颜色有可能不同）应当连接电磁开关的附加电阻短路开关端子“15a”；白色导线来自点火开关，该导线为附加电阻（电阻值为1.7Ω左右）所以不能用普通导线代替。启动发动机时，初级电流并不经过白色导线，而是由蓄电池经启动电磁开关与蓝色导线直接流入点火线圈，使附加电阻线被短路，从而减小低压电路电阻，增大低压电流，保证发动机能顺利启动。c.在高压电路中，由分电器至各火花塞的导线称为高压导线，连接时必须按照气缸点火顺序依次连接。4）仪表系统线路。仪表系统包括电流表、油压表、水温表及燃油表与之匹配的传感器，线路特点：a.电流表串联在电源电路里，用来指示蓄