隨著2018版中國新車評價規(guī)程（C-NCAP）加入了行人保護(hù)的測試部分，行人保護(hù)性能開發(fā)也越來越受到各汽車制造商的關(guān)注。然而，C-NCAP頭部評價標(biāo)準(zhǔn)中包含近200個測試點(diǎn)，需預(yù)先向測試機(jī)構(gòu)提供所有點(diǎn)預(yù)測結(jié)果，若在開發(fā)過程中將所有點(diǎn)均進(jìn)行試驗(yàn)測試，將耗費(fèi)大量的時間和開發(fā)費(fèi)用。因此，如何更準(zhǔn)確地通過CAE仿真的手段進(jìn)行行人頭部保護(hù)項(xiàng)目開發(fā)，以此大幅減少試驗(yàn)數(shù)量是目前各大汽車制造商的重要研究課題。

當(dāng)前金屬材料仿真已相對準(zhǔn)確，而非金屬結(jié)構(gòu)由于自身材料特性及仿真分析方法的原因，仿真精度仍有待進(jìn)一步提升。因此，基于非金屬結(jié)構(gòu)對行人頭部保護(hù)仿真精度的影響分析具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

▲頭部保護(hù)目標(biāo)測試點(diǎn)*及頭型撞擊試驗(yàn)示意圖

*引用自2018版C-NCAP規(guī)程

發(fā)動機(jī)蓋涂膠為灰黑色軟質(zhì)黏性膠，涂裝完成后還需經(jīng)過電泳、烘烤等使其固化，形成具有蓬松氣孔的類海綿質(zhì)膠體，該膠體將發(fā)動機(jī)蓋內(nèi)外板牢牢的膠結(jié)在一起，在仿真分析中通常采用體單元進(jìn)行模擬。

▲發(fā)動機(jī)蓋成品涂膠

然而，由于涂膠的軟質(zhì)特性，使其在生產(chǎn)制造過程中不同批次的工程樣件可能具有一定的形狀差異性，如下圖所示，這將可能對最終測試結(jié)果產(chǎn)生影響。

▲零件01涂膠寬度較寬

▲零件02涂膠寬度較窄

基于這種可能的差異，對某轎車車型同一測試點(diǎn)采用差異較大的工程樣件進(jìn)行測試，結(jié)果表明：在測試點(diǎn)附近涂膠量較大的樣件在頭型沖擊后未產(chǎn)生失效，頭部傷害值HIC為700以上；而涂膠量較小的樣件在頭型沖擊后產(chǎn)生失效，頭部傷害值HIC僅為500多，二者差異較為明顯。可見，涂膠量較少時，在頭型沖擊過程中易產(chǎn)生失效，頭部傷害值較小。

▲涂膠未失效

▲涂膠失效

從上述試驗(yàn)結(jié)果可知，涂膠寬度對行人保護(hù)結(jié)果的影響很大。因此，應(yīng)控制最終成品件涂膠寬度的一致性。

同時，本文對該車型某測試點(diǎn)進(jìn)行了不同涂膠寬度的仿真分析，如下圖所示為測試點(diǎn)不同涂膠寬度下的加速度曲線及頭部傷害值HIC對比：

結(jié)果表明：在仿真分析中，不同涂膠寬度同樣在行人頭部碰撞過程中反映出不同的剛度特性，隨著涂膠寬度的減小，頭部加速度第二波峰顯著下降。最終使頭部傷害值HIC約下降13%，涂膠寬度對行人保護(hù)頭部傷害值的差異可在仿真分析中體現(xiàn)。

空調(diào)進(jìn)氣格柵位于發(fā)動機(jī)前艙內(nèi)，后端與前擋風(fēng)玻璃卡接在一起，前端固定在流水槽鈑金上，兩側(cè)固定于shotgun上，本文基于某國產(chǎn)SUV車型建立了有限元模型，模型及布置位置如圖所示。該零件位于發(fā)動機(jī)蓋下方，行人頭部通過發(fā)動機(jī)蓋內(nèi)外板與其間接接觸，將對發(fā)動機(jī)蓋變形吸能產(chǎn)生阻礙作用，是行人頭部保護(hù)開發(fā)設(shè)計(jì)的最重點(diǎn)優(yōu)化零件之一。

▲空調(diào)進(jìn)氣格柵模型及所在位置示意圖

由于該零件采用類PP塑料材質(zhì)，因此，在行人碰撞過程中易產(chǎn)生斷裂失效，典型空調(diào)進(jìn)氣格柵區(qū)域行人頭部碰撞后零件損壞如下圖所示：

▲某SUV車型空調(diào)進(jìn)氣格柵典型斷裂失效

為了研究空調(diào)進(jìn)氣格柵材料是否失效對行人頭部保護(hù)結(jié)果的影響，本文基于上文建立的有限元模型，分別代入包含不同失效程度參數(shù)的材料卡片，采用應(yīng)變失效準(zhǔn)則進(jìn)行失效模擬，進(jìn)行對比仿真分析。本文在該車型空調(diào)進(jìn)氣格柵區(qū)域選取了典型失效的C-NCAP測試點(diǎn)進(jìn)行研究，該測試點(diǎn)加速度-時間曲線對比如下圖所示：

▲不同失效參數(shù)加速度-時間曲線

如圖中藍(lán)色曲線所示，在4ms時，空調(diào)進(jìn)氣格柵產(chǎn)生斷裂失效，加速度下行，使頭部傷害HIC值降低；而紅線曲線在4ms位置加速值繼續(xù)增大，使HIC值增大。結(jié)果表明：仿真失效與不失效所得的仿真頭部傷害值之間差異高達(dá)365，極大地影響了行人保護(hù)得分結(jié)果。綜上所述，材料失效與否對行人頭部保護(hù)結(jié)果影響極大，如何準(zhǔn)確模擬空調(diào)進(jìn)氣格柵材料的斷裂失效，對行人保護(hù)仿真精度的提升具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

▲C_8_-5點(diǎn)試驗(yàn)與仿真失效裂紋對比

上汽行人保護(hù)團(tuán)隊(duì)通過對斷裂特性及仿真方法的分析，對空調(diào)進(jìn)氣格柵區(qū)域仿真精度提升的研究已經(jīng)取得了一定地進(jìn)展，如上圖為某SUV車型空調(diào)進(jìn)氣格柵區(qū)域測試點(diǎn)仿真分析與試驗(yàn)結(jié)果的對比，從中可以看出，同試驗(yàn)結(jié)果相比，仿真失效裂紋具有較高的一致性，HIC值的誤差也在允許的誤差范圍內(nèi)。