[发明专利]一种协同正面碰撞多工况的汽车前端结构能量管理方法

说明书

本发明公开了一种协同正面碰撞多工况的汽车前端结构能量管理方法，包括：步骤一、将车辆前端吸能总空间划分为多个吸能子空间，并将FRB工况碰撞原波形分解为与吸能子空间一一对应的子波形，建立车辆前端结构三维解析模型；每个子波形的幅值为FRB工况碰撞原波形的幅值与其对应的吸能子空间的吸收能量占比的乘积；步骤二、基于MPDB工况，对前端结构三维解析模型进行求解，得到车辆和壁障的运动响应，确定碰撞过程中壁障和车辆的变形、壁障和车辆的加速度及壁障和车辆的速度；并根据运动响应得到乘员负载指数、壁障表面击穿情况、壁障的均匀性指标和兼容性罚分；以及基于SOB工况，对前端结构三维解析模型进行求解，得到碰撞结束时车辆乘员舱的形变量。

技术领域

本发明属于汽车碰撞解析模型的建模及求解技术领域，特别涉及一种协同正面碰撞多工况的汽车前端结构能量管理方法。

背景技术

汽车正面碰撞安全性指汽车在发生正面碰撞事故时，车体结构按照既定的方式变形，并与乘员约束系统(包括安全带、安全气囊、吸能式转向柱、座椅和内饰件等)协同作用，有效地吸收碰撞能量，最大限度地减轻车内、外人员碰撞损伤的能力。汽车正面碰撞安全性根据保护对象的不同可以进一步划分为，以保护自身车内乘员安全为目标的汽车耐撞性设计，和以保护对方车内乘员安全为目标的汽车兼容性设计。目前，关于车辆耐撞性的研究日趋成熟，利用汽车正面碰撞概念设计方法已经可以实现车辆结构和约束系统的部分正向设计，法律规范也较为成熟，但主要适用于单工况设计，且倾向于对自车乘员的保护，忽略了汽车碰撞兼容性问题。而关于车辆兼容性的研究，直到2020年E-NCAP以及2021年C-NCAP启用MPDB碰撞工况之前，仍未被法规明确提出并且引起广泛重视，在此前关于车辆兼容性的研究仅涉及到个别自主法规。新型壁障对车碰撞试验，从原来的车与固定壁障的碰撞升级为车与带壁障的移动小车之间的相互碰撞，更加真实地模拟车辆前部碰撞安全事故，即车对车碰撞，而不是车与固定物碰撞，车辆与壁障碰撞速度分别为50km/h，重叠量为50％，台车质量为1400kg采用新型MPDB蜂窝铝，与此前的ODB工况采用的蜂窝铝相比不易被击穿，更接近于真实工况，离地高度150mm，在主驾驶位置放置THRO 50th男性假人，在副驾驶放置Hybrid III50th男性假人，在后排放置Q10、Q6儿童假人考察车辆的乘员保护性能。与现有评价指标相对比，除了对乘员进行伤害值评价，还增加了兼容性评价，与伤害值评价不同的是，兼容性评价为罚分制，包含了三个评价参数：壁障的OLC值、壁障穿透和壁障均匀性系数h。新法规规定车辆需同时满足耐撞性和兼容性，然而如今现有研究中，关于车辆兼容性的研究主要是利用仿真技术，缺少相关的理论研究以及数据作指导，通常需要在结构设计完毕之后通过试验或CAE(Computer Aided Engineering)方法获得车辆与壁障前端变形数据以及吸收能量，再根据MPDB评价指标进行评价，如果评价结果达不到法规要求，则需要对车辆前端结构进行反复修改直至满足评价标准。

此外，在所有正面碰撞死亡事故中，小偏置正面碰撞约占正面碰撞总量的四分之一。且根据已有研究表明，在正面全宽、正面40％偏置以及正面25％重叠率碰撞工况中车辆在IIHS正面25％重叠率碰撞工况的满分率是最低的。并且该工况下乘员舱侵入量较大、乘员伤害较严重。但是直到2012年，各国安全性法规及评价规程中，仅IIHS在2012年对小偏置这种正面碰撞类型做出了评价，随着国内消费者对汽车安全性重视程度和国内主机厂被动安全设计能力的提升，2017年中国保险汽车安全指数发布，引入25％偏置碰撞测试，受到媒体和社会的广泛关注，并逐渐受到各主机厂的重视，成为业内研究的新热点。但是，目前各企业及研究机构对该工况的研究主要集中在车辆结构修改上，通常是根据某款车在该工况试验中出现的吸能不足、乘员舱侵入的情况，对结构进行修改，再通过试验或CAE方法对改进后的车辆结构进行耐撞性的验证。这种结构修改方法，很难把握乘员舱侵入量减小的程度，只能通过乘员伤害预测反复修改结构来达到乘员保护的目的，增加了设计的难度和项目开发的风险。

发明内容