基于MPDB工况的碰撞相容性研究.docx

? ? 基于MPDB工况的碰撞相容性研究 ? ? 杨帅，程豹，候延军 （中汽研（天津）汽车工程研究院有限公司，天津 300300） 前言 近年来，从各国的法规和NCAP 碰撞测试结果可知，车辆碰撞安全性能有了大幅的提升。道路交通伤亡人数逐步降低，据2018 年中国统计年鉴公布数据显示，2017 年道路交通伤亡人数为63772 人，同比减小579 人，下降0.9%[1]。美国公路保险协会发布的交通事故报告中指出[2]，多车事故是造成乘员伤亡的主要事故形态，其中小型车的伤亡远大于大型车伤亡。因此，车辆在碰撞相容性方面依然有较大的提升空间。 对于碰撞相容性问题，各国相关机构和学者早有研究，美国NHTSA最早于1996 年开始研究相容性问题[3]，Masashi，M等利用测力墙碰撞实验方法获得数据来探究相容性评价方法，并利用应力分布和平均作用力高度来衡量前舱结构的均匀性[4]。Stephen，S 等对碰撞相容性的测试方法和评价标准进行探究[5]。在国内，朱西产[6]于2002 年首先提出了碰撞相容性的概念。同济大学雷雨成[7]通过事故分析提出了影响碰撞相容性的主要因素。广汽本田汽车周永强[8]提出了符合正面碰撞相容性的车身结构，并进行实车碰撞验证了其有效性。 2020 年Euro NCAP 将MPDB 纳入测试评价规程，增加壁障相容性考核指标，修正碰撞得分。必威体育精装版公布的C-NCAP乘员保护路线图草案表明[9]，2021 年正面碰撞测试中将取消ODB 实验形式，增加MPDB 工况或者PDB 工况。本文将以MPDB 工况为基础，研究影响车辆碰撞相容性的主要因素和相关规律，提出改进策略，并针相关车型，提出具体结构优化方向。 1 相容性简介 碰撞相容性主要包括两个方面[10]：车辆自我保护性和低攻击性。自我保护性，既在车辆与车辆碰撞、车辆与其他物体碰撞时，车辆保护自身乘员不受伤害的能力；低攻击性，又称对他车辆的保护性，既在“车-车”碰撞中，减小对方车辆乘员受伤害的能力。车辆碰撞相容性的概念是基于“车-车”碰撞提出的，旨在找到车辆自我保护和低攻击性的最佳状态。在实际碰撞中，既能最大实现自我乘员保护，又能降低对对方车辆的攻击，进而达到交通事故整体安全性能的提升，降低人员伤亡，实现安全最大化。 平衡车辆自我保护和低攻击性是改善相容性的主要矛盾点。如果只是研究个别情况的下的相容性，可以直接对两车进行碰撞测试，进而评估车辆人员损伤情况。然而真实的交通事故中，会存在的无限的碰撞组合形式，不可能对所有的组合形式进行测试。MPDB 工况采用车辆撞击壁障的实验方法，可对不同车辆重复测试，利于车辆安全性能开发。 2 MPDB 工况介绍及力学分析 2.1 MPDB 工况介绍 MPDB 测试形式如图1 所示，壁障台车总质量为1400kg，乘用车与壁障台车以50km/h 速度相向行驶，并以50%重叠率撞击。MPDB 测试中除了用假人伤害，车身变形量来评价车辆的自我保护性能外，增加了碰撞相容性评价指标，用蜂窝铝及台车评价车辆的攻击性[11]。碰撞相容性指标主要包括壁障入侵均匀性、壁障击穿、壁障虚拟乘员负载指数（OLC）。 图1 MPDB 测试形式 壁障变形均匀性是以壁障评价区域内侵入深度的标准差为评判依据，评价区域设定如图2 所示。标准差是基于50mm到150mm 的线性尺度，50mm 为性能下限，150mm 为性能上限。 图2 壁障评价区域 壁障击穿是指碰撞后壁障表面在高度和宽度大于40mm*40mm 的区域中，达到630mm 以上的入侵深度。 壁障虚拟乘员负载指数OLC 是指在碰撞过程中，假定台车虚拟假人经历匀速运动（0-t1）和匀减速运动（t1-t2）两个阶段，匀减速运动的恒定加速度值，即为OLC 值。OLC 值的评估范围在25g 到40g 之间，计算公式如下所示： 其中v0为台车初始速度，t1为壁障虚拟假人前向自由位移0.065m 时刻，t2为壁障虚拟假人受到约束后再向前移动0.235m 时刻。 2.2 MPDB 有限元壁障 MPDB 壁障是由台车和主体蜂窝结构两部分组成，蜂窝铝为主体吸能结构，搭载在壁障台车上。主体蜂窝铝共包含前、中、后三部分，纵向长度分别为250mm、450mm、90mm，如图3 所示，蜂窝铝Z 向高度为570mm，Y 向宽度为1000mm，随着压溃深度增加，压溃力逐步增大。 图3 MPDB 壁障结构 图4 MPDB 有限元壁障动态标定 本文中用于研究的MPDB 壁障有限元模型是自主设计研发的，其开发使用的规范是2017年10月发布的Euro NCAP Mobile Progressive Deformable Barrier Face Specification。经仿真标定测试，如图4 所示，满足动态标定要求，标定结果曲线在通道范围内