杨桃

（奇瑞汽车车身技术研究院）

在现行的行人保护法规和评价体系中，Euro-NCAP评价体系最为严格全面，越来越受到各汽车厂家和消费者的广泛关注。根据Euro-NCAP官方数据[1]，多数获得五星安全评估的SUV车型在大腿保护测试环节中得分较低，表明SUV车型在大腿保护方面还有较大提升空间。同时，对于目前普遍采用了塑料前端模块的SUV车型，其结构形式和材质等有别于金属框架，因此有必要研究探索塑料前端模块在改善行人大腿保护性能上的设计。文章通过某SUV车型塑料前端模块开发，以Euro-NCAP为评价体系，运用CAE仿真验算，总结了塑料前端模块影响行人大腿保护性能的设计因素，为后续车型开发提供经验参考。

1 前端结构模型建立

1.1 碰撞点及碰撞参数确定

图1示出Euro-NCAP大腿碰撞测试示意图。依据Euro-NCAP评价体系[2]中碰撞点的选取方法，确定某SUV车型碰撞分析点，共计15个，其分布如图2所示。

根据确定的15个大腿碰撞分析点以及发动机盖前沿高度和保险杠前沿宽度2个汽车参数，由Euro-NCAP评价体系中撞击速度（v/（km/h））、撞击角度（α/（°））及撞击能量（E/J）与发动机盖前沿高度和保险杠前沿宽度的关系图[2]，确定 v，α，E 3 个分析参数，并由公式：m=2E/v2，推算出碰撞分析的模型质量（m/kg）。最终确定的该SUV车型15个碰撞点各参数汇总，如表1所示。

表1 某SUV车型各碰撞点分析参数值

1.2 前端模型有限元建立

针对Euro-NCAP碰撞分析中所考察的范围，将某SUV的前端系统进行仿真建模，包括：发动机盖总成、翼子板总成、前保险杠横梁总成、塑料前端框架及左右纵梁总成等结构数据；前保险杠蒙皮、进气格栅及大灯等外饰数据；发动机、冷凝器、水箱、蓄电池、电器盒及空滤等布置数据。具体网格划分文章不再详细阐述。

1.3 仿真验算

利用LS-DYNA软件对模型进行求解，得到选定的15个分析点碰撞过程中的最大y向弯矩及大腿部最大轴向力，根据Euro-NCAP评价体系中大腿测试评分规则[3]，得到该SUV车型评价结果，如表2所示。由于车身前端系统基本左右对称，根据表2的CAE分析结果数据可得出，车身左右对称的碰撞点的大腿轴向力（F/kN）和y向弯矩（My/N·m）指标几乎一致，因此取该SUV车型的U0～U+7点区域作详细分析。首先依据该SUV造型风格特点，将U0～U+7点划分为3个区域：1）U0～U+3（前保险杠进气格栅区域）；2）U+4～U+6（大灯与进气格栅交界区域）；3）U+7（大灯面罩区域）。然后依据所述划分，最终选取U0，U+6，U+7碰撞分析点作为上述3个区域代表点。

表2 某SUV行人大腿保护模拟分析结果

1.4 结果分析

1.4.1 U0碰撞点

U0碰撞分析点为该SUV整车y=0位置点。图3示出U0点碰撞分析结果曲线图。由图3可得出，在14.1ms时，My和F达到最大。图4示出U0点在不同时刻汽车前部结构断面示意图。

从图4b中可以看出，大腿冲击器已经接触散热器及前端模块等部件，而锁布置在前端模块内侧，没有接触冲击器，因此可推测，布置空间的不足及前端模块横梁结构刚度过大是影响该位置碰撞分析不得分的主要原因。

1.4.2 U+6碰撞点

U+6碰撞分析点为该SUV整车y=+600位置点，该位置前端模块结构上设计有大灯和格栅等安装固定点，且大灯壳体刚性较大，所以造成该点的My和F是整个分析中最大的。图5示出U+6点碰撞分析结果曲线图，图6示出U+6点在不同时刻汽车前部结构断面示意图。从图6b中可以看出，在12.3 ms时，碰撞器撞击处几乎没有较大的变形量，也说明该位置结构刚度较大。

1.4.3 U+7碰撞点

U+7碰撞分析点为该SUV整车y=+643位置点，该位置主要在大灯面罩区域。图7示出U+7点碰撞分析结果曲线图，图8示出U+7点在不同时刻汽车前部结构断面示意图。因造型原因，灯型面与冲击器撞击方向几乎一致，使得产生的My最小，如图7a所示；但因前保险杠固定点刚度、灯壳体刚性及安装点刚度较强，在10.5 ms和15.6 ms时均产生了较大的F，如图7b所示。

2 优化改进

通过对U0，U+6，U+73个碰撞点的详细分析得出，碰撞过程中的接触零部件的刚度和碰撞空间是影响My和F的主要原因。在不更改造型和布置的前提下，针对塑料前端模块设计，可提出3种改进方案，其示意图，如图9所示。

方案1：塑料前端框架水箱横梁位置整体后移100 mm，发动机盖锁体在横梁上安装点后移10 mm，如图9a所示，增加碰撞的吸能空间；

方案2：塑料前端模块上的大灯和前保险杠等外饰件安装固定点更改为可压溃连接支架过渡安装，并下降塑料模块大灯臂，增大与大灯周边间隙至30 mm，如图9b所示，以降低碰撞过程中的反作用合力；

方案3：在塑料前端模块与保险杠蒙皮之间区域增加支撑板结构，如图9c所示，以弥补造型原因导致的接触点弯矩过大问题。

另外，在不影响性能等前提下，通过弱化大灯壳体刚性、降低进气格栅材质厚度及减弱发动机盖前沿加强板局部刚度，并综合以上措施，得到最终优化后的大腿碰撞仿真结果，如表3所示。相比优化前设计，各碰撞点My和F均有较大程度降低。

表3 某SUV行人大腿保护优化后分析结果

3 结论

1）采用塑料前端模块的SUV车型，合理的布置空间、前端模块水箱横梁位置及锁扣安装位置，有利于改善汽车对大腿保护的性能；

2）塑料前端模块上大灯、前保险杠及进气格栅等与碰撞接触的零部件安装点通过弱化的支架过渡连接，并合理预留塑料模块与周边零部件溃缩间隙，可降低大腿碰撞中的反作用力；

3）在产生弯矩较大的碰撞区域，前端模块上需设计合理的支撑结构，降低合力弯矩，同时注意避免局部刚度过大而降低对大腿的保护。

通过分析优化过程，也可以看出：1）因SUV车型造型原因，发动机盖前沿高度值偏大，保险杠前沿宽度值偏小，造成碰撞能量值最大（700 J）及碰撞速度最大（40 m/s），不利于大腿保护，这也是多数SUV车型大腿碰撞测试不得分的直接原因；2）在前期造型阶段，合理的造型设计有助于提升汽车的行人保护性能。