撰文/上海汽車集團股份有限公司技術中心 榮輝 張鵬

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基于行人保護的翼子板設計

撰文/上海汽車集團股份有限公司技術中心 榮輝 張鵬

隨著行人保護法規(guī)的實施，翼子板設計需要更多考慮行人保護因素，尤其在翼子板造型可行性分析階段就要把行人保護考慮進去。本文主要從造型，結構等方面研究翼子板滿足行人保護法規(guī)的可行方法，同時為主機廠前期翼子板設計提供一定的參考。

一、引言

據(jù)統(tǒng)計在行人與車輛碰撞中，頭部、腿部與車輛前部的碰撞各占總碰撞數(shù)量的1/3。其中頭部傷害往往導致死亡，腿部傷害導致殘疾。故行人保護研究更加注重頭部保護。其中，翼子板與發(fā)蓋交界區(qū)域就是造成頭部嚴重傷害的部位之一，尤其是近幾年隨著行人保護法規(guī)的實施，如何合理的對翼子板這個區(qū)域進行合理設計以減少對頭部的傷害，進而滿足行人保護法規(guī)的要求，則對設計人員提出了更高的要求。本文從造型，結構兩方面對此區(qū)域設計進行初步研究。

二、行人保護法規(guī)要求

根據(jù)GB/T24550規(guī)定發(fā)蓋成人頭型和兒童頭型測試區(qū)域由前緣基準線，后基準線和左右側基準線組成，如圖1所示。側面基準線定義：當長700mm直尺平行于車輛橫向垂面且向內(nèi)傾斜45°，并保持與車輛前部結構的側面相接觸時，直尺與側面最高接觸點所形成集合軌跡，如圖2所示。

法規(guī)規(guī)定至少三分之二的成人頭型和兒童頭型共同試驗區(qū)域，頭部傷害指數(shù)HIC不大于1000，剩余區(qū)域的兩個頭型頭部傷害指數(shù)HIC值不大于1700。如果只有兒童頭型試驗區(qū)域，三分之二以上的實驗區(qū)域HIC值不大于1000，剩余區(qū)域HIC值不大于1700。

三、翼子板設計

從行人保護法規(guī)可以了解到，頭部傷害指數(shù)HIC值最高不能大于1700。在翼子板和發(fā)蓋側分縫線區(qū)域，由于翼子板剛度和強度都較高，頭部碰撞到此區(qū)域翼子板不易壓饋變形，能量不易被分散，對頭部造成很大的傷害，HIC值一般都在2000以上，不能滿足法規(guī)的要求。

圖1

圖2

（1）翼子板和發(fā)蓋側分縫線處是HIC值比較高的區(qū)域，在造型分析階段，就建議造型設計人員劃分翼子板和發(fā)蓋分縫線時，盡量把此線調(diào)整到側面基準線之外，即在頭部測試區(qū)域之外。如圖3所示，發(fā)蓋造型為蛤殼狀，翼子板側分縫線劃分在側面基準線之外。圖4中的發(fā)蓋造型為插入式，翼子板側分縫線劃分在側基準線之內(nèi)。

圖3

圖4

（2）受造型風格限制，很多時候不能保證翼子板側分縫線都在側基準線之外。但為了降低此區(qū)域頭部傷害值，可以把翼子板側分縫線盡可能向上調(diào)整，以增大側分縫線與Shotgun外板的Z向空間距離，從而使頭部碰撞時有更多的吸能空間。如圖5所示。

（3）除了設計前期通過造型調(diào)整這一措施外，設計人員有時也通過更改翼子板材料以達到降低頭部傷害值目的，如選用鋁合金翼子板。但從對我司一款車型仿真分析表明，更換材料除了對翼子板減重有利外，對行人保護沒有太大的改善。圖6所示為不同材料翼子板仿真分析模型，分析結果如表所示，可以看出鋁合金為了保證翼子板面剛度，選用的料厚比鋼制要大，但在HIC值方面與鋼制材料相比沒有太大的改善。而且此區(qū)域翼子板結構沒有進行優(yōu)化，頭部傷害值都大于1700，不滿足行人保護法規(guī)要求。

圖5

圖6

表

（4）從翼子板結構方面進行優(yōu)化以達到降低HIC值是目前翼子板主流設計方向。傳統(tǒng)翼子板翻邊結構設計是豎直翻邊，這樣的結構不利于碰撞能量的吸收，如圖7所示?？梢栽诜吔Y構上增加臺階，如圖8所示。當頭部碰撞此區(qū)域，此結構對壓饋具有一定的導向作用，更容易吸收垂直方向的碰撞能量。

（5）當翼子板分縫線離Shotgun外板Z向距離比較大時，一般超過35mm，需要增加支架以連接翼子板和Shotgun。翼子板支架作為翼子板設計一部分，在考慮其剛度同時還要更多考慮行人保護作用，通過選擇適當?shù)牧虾?，材料和弱化結構，使其吸收一定的能量的同時更易壓饋變形。根據(jù)項目經(jīng)驗一般選擇支架料厚為0.8～1mm，材料牌號為DC56，如圖9所示，為一款觀致的車型，翼子板和Shotgun外板Z向距離比較大，約有65mm，在翼子板和Shotgun之間增加了幾字形支架，同時支架上面有弱化孔，保證在容易壓饋的同時有足夠變形空間。

（6）翼子板翻邊結構除了增加臺階外，其翻邊結構也可以做成分斷式的。以我司一款車型為例，翻邊結構分翼子板和翼子板支架兩部分，兩者之間通過鉚釘連接在一起，如圖10所示，當受到頭部撞擊時，力沿著一部分翻邊豎直方向進行傳遞，另一部分沿著翼子板表面向外傳遞，如圖11所示，當豎直方向受到力達到鉚釘?shù)臉O限剪切強度時，鉚釘就會發(fā)生斷裂，如圖12所示。鉚釘斷裂后，翼子板由于失去支架支撐力，和支架發(fā)生相對獨立運動。翼子板繼續(xù)發(fā)生塑性變形，且沿著支架滑動，同時促使支架向下發(fā)生彎曲變形。這樣沖擊能量被發(fā)蓋，翼子板和支架所吸收，減少對頭部傷害，如圖13所示。最后通過開軟模試制做行人保護試驗，如圖14所示，頭部傷害指數(shù)HIC與傳統(tǒng)翼子板結構對比下降50%，同時也順利通過行人保護法規(guī)，從而驗證此結構在行人保護方面可靠性。

圖7

圖8

圖9

圖10

圖11

圖12

圖13

圖14

四、其他考慮

上文提到翼子板翻邊增加臺階還要考慮沖壓可行性問題，在滿足沖壓前提下，盡可能去優(yōu)化。此外翻邊高度也要在滿足沖壓可行條件下確定，一般不超過35mm。

調(diào)整翼子板分縫線以增大與Shotgun外板Z向距離，但也不能無限向上提高以免影響顧客視野，當然也可通過降低Shotgun外板的高度來增加變形空間，但也不能布置太低，因為Shotgun內(nèi)外板是前碰傳力主要路徑，高度太低會影響能量的吸收。

考慮到車輛的使用者會倚靠在翼子板前側或低速碰撞時此區(qū)域具有一定吸能作用，故此區(qū)域還要求有一定的剛度，在設計時要綜合考慮行人保護和剛度兩個因素，如鉚釘?shù)募羟衅茐膹姸刃枰x擇一個合理的值。

五、結語

隨著行人保護要求越來越高，對翼子板與發(fā)蓋相匹配區(qū)域的結構設計也會提出更新更高的要求。為了有利于行人保護，此區(qū)域除了對翼子板進行優(yōu)化設計外，當然也可以通過優(yōu)化發(fā)蓋內(nèi)板結構，合理選擇發(fā)蓋包邊形式，合理布置發(fā)蓋緩沖塊位置，甚至采用主動式發(fā)蓋的方法以降低此處的頭部傷害值，但這由于不屬于本文闡述的范疇，在此不再贅述。