行人保護仿真的案例
直播預告-基于機器學習的車輛行人保護頭部仿真研究
用戶對安全及舒適性的高度需求、研發周期的壓縮、車輛造型、材料等各方面的不斷推陳出新，都給整車仿真工作帶來了巨大的挑戰。
如何更好的進行行人保護是整車仿真中需要重點考慮的問題也是激烈市場環境中一個有力的競爭點。針對汽車行業行人保護仿真分析問題復雜、仿真時間長等痛點，海克斯康帶來了智能實時仿真平臺ODYSSEE，以助力汽車行人保護的設計開發流程。ODYSSEE是一款跨學科、跨領域、跨專業的軟件產品，基于機器學習模型，能夠實現秒級實時的CAE靜態、動態仿真、圖像識別、智能預測等，顯著縮短計算分析周期，提高生產效率。ODYSSEE為工程、制造和質量提供了實時解決方案。
本期海克斯康直播講堂請到了嵐圖汽車科技有限公司整車輕量化仿真專家段文立，聯合海克斯康技術專家常誠為我們分享ODYSSEE基于機器學習應用于行人保護頭部碰撞仿真快速精確預測，通過實際案例從概念階段SFE-Concept參數化建模、機器學習快速預測行人保護頭碰加速度和HIC值、多學科優化平衡各性能矛盾等方面，為我們全面講解如何應用ODYSSEE應對當前挑戰。趕快預約報名吧！
2月28日 14:00
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市場競爭激烈和消費理念升級決定著汽車產品需要快速迭代，各大主機廠都在盡量壓縮整車研發周期，以期在更短的時間內開發出更加優秀的產品。消費端則隨著整體的消費升級，汽車由增量市場向存量市場轉化。安全作為一個重要的競爭點，包括主動安全和被動安全兩個方面。據歐盟國家統計，交通事故中行人的死亡率是乘員的9倍。而目前常見的較激進造型、貫穿式大燈、塑包鋼風道等以及鋁合金材料的應用，對行人保護的仿真和設計提出更多的挑戰。
展開 行人保護法規及LS-DYNA仿真技術概述
行人保護沖擊器
在進行行人保護碰撞仿真時，都必須用到行人保護沖擊器。熟悉這些沖擊器，是我們汽車碰撞工程師和測試工程師的必備知識。圖-7，是目前主要應用的行人保護沖擊器。
圖-7 頭碰模型和a-PLI腿碰模型
LS-DYNA仿真技術
LS-DYNA作為顯示動力學軟件中應用最廣泛的軟件，其專注汽車碰撞仿真超過40年，而且緊跟行人保護仿真的發展趨勢，開發了很多的新功能，例如在材料方面，開發了*MAT_249_CRASH用于熱塑性復合材料的碰撞仿真，可用于前保塑料零件的建模。*MAT_ADD_COHESIVE在新版本中支持了泡沫材料（如*MAT_057和*MAT_083）,此前僅支持金屬或塑料等材料，可用于前保中的泡沫件的連接。新的關鍵字*LOAD_PYRO_ACTUATOR，用于主動式機蓋的模擬。當車輛即將與行人發生碰撞時，為了盡量避免行人的頭部創傷，系統會自動彈出機蓋，用以軟化頭部與機蓋之間的接觸。此前大部分用戶通過定義氣囊的方式來模擬機蓋的彈出。
圖-8 頭碰和a-PLI腿碰
優化方向
在行人保護碰撞中，不可避免的出現頭碰傷害值HIC值高于1700或者整個頭碰區域得分達不到設計要求。設計無法滿足吸能空間要求，同時無法避免的硬點出現，此時就需要對車型中容易導致傷害值過大的硬點和部件進行優化。另外，腿碰區域的劃分，如何避免測試區域太靠外，腿部支持不足等問題，都需要進行一些優化設計。
圖-9 發動機罩內外板和鉸鏈
綜上，熟悉行人保護的各國法規和NCAP等以及如何優化法規要求，使其設計的車型達到設計要求，是汽車設計工程師、碰撞仿真工程師以及測試工程師必須掌握的技能。
展開 非金屬結構對行人頭部保護仿真精度的影響分析
隨著2018版中國新車評價規程（C-NCAP）加入了行人保護的測試部分，行人保護性能開發也越來越受到各汽車制造商的關注。然而，C-NCAP頭部評價標準中包含近200個測試點，需預先向測試機構提供所有點預測結果，若在開發過程中將所有點均進行試驗測試，將耗費大量的時間和開發費用。因此，如何更準確地通過CAE仿真的手段進行行人頭部保護項目開發，以此大幅減少試驗數量是目前各大汽車制造商的重要研究課題。
當前金屬材料仿真已相對準確，而非金屬結構由于自身材料特性及仿真分析方法的原因，仿真精度仍有待進一步提升。因此，基于非金屬結構對行人頭部保護仿真精度的影響分析具有重要的現實意義。
展開 行人保護之頭部建模
2018 年，中國新車星級評定（C-NCAP）將行人保護納入新車評價規程。基于中國國情考慮，交通事故中行人傷亡率相對較高，在汽車安全領域，對行人安全的保護十分重要。本文使用 Primer軟件建立行人保護 頭部保護模型，并利用 LS-DYNA 求解器進行計算 。
標準
標準適用于最大設計總質量大于500kg的M1類汽車。最大設計總質量大于500kg但不大于4500kg的M2類，以及最大設計總質量大于500kg但不大于4500kg的N類汽車，可參照執行。但不包括駕駛員座椅R點與前軸中心的橫向平面的水平距離小于1000mm的M2類和N類汽車。
分析流程
整車模型截取標準
行人保護模型的截取整車碰撞模型B柱之前的部分，除去兩個前車胎及減震器，并增加大燈、防撞梁吸能件、下部支撐結構件、霧燈、通風 板、儀表板總成、雨刮系統、貯液罐、繼電器盒等車身前部可能與頭部發生碰撞的相關部件。
展開 
玻纖材料方向對進氣格柵行人保護的影響
來源：Altair論文集 作者：孫正峰 徐靜
關鍵字：Radioss 玻纖材料 進氣格柵 行人保護 頭部碰撞
本文通過分解研究分析進氣格柵對行人保護頭部碰撞的影響，以碰撞力-潰縮量曲線作為結果輸出，為行人保護頭部碰撞結果HIC值提供參考。
1 概述
我國《汽車對行人的碰撞保護》于2010年9月開始實施。行人保護中除了腿部是第一碰撞部位外，頭部則是第二次發生碰撞的部位，且影響最大，后果最嚴重，因此，我國對行人保護頭碰碰撞有明確的規定，通過HIC值進行評判汽車結構設計是否合理。
當行人保護頭部碰撞發生時，頭部首先接觸到的是發動機艙蓋板或者擋風玻璃，進而將載荷傳遞至進氣格柵，最后傳遞至白車身等相關部件。由此可見，每一關相關部件都會影響對頭部碰撞到結果。
本文通過分解研究分析進氣格柵對行人保護頭部碰撞的影響，以碰撞力-潰縮量(F-S)曲線作為結果輸出，為行人保護頭部碰撞結果HIC值提供參考。利用有限元軟件HyperMesh前處理，Radioss求解計算，最后在HyperView中查看結果。首先，在Moldflow模擬玻纖流動方向，其次，采用插值計算出該玻纖方向下不同應變率的應力-應變曲線，最后，與實驗對標并優化仿真精度。合適的玻纖方向性能及準確的模型可將與試驗結果誤差控制在10%以內。
2 有限元模型的建立
2.1 材料
所有材料均采用不同應變率下的應力-應變曲線，其中含玻纖材料的進氣格柵有三個玻纖方向不同應變率下的應力-應變曲線，如圖1所示：
圖1 GFRPP-30不同玻纖方向且不同應變率下的工程應力-應變曲線
2.2 邊界條件及載荷工況
與白車身連接部位固定約束。
展開 乘用車行人保護頭型、APLI腿型CAE仿真分析
一、仿真背景
行人保護相關研究始于20世紀80年代，最早在歐洲開展，并迅速擴展至世界各地。目前，歐盟國家、日本、韓國和中國等國家都已制定行人保護標準。我國汽車行業飛速發展，汽車保有量快速增長，但我國道路仍屬于混合型交通，機動車、行人多處于同一道路，這就增加了我國行人與機動車碰撞事故發生的機率，我國交通事故死亡人數連續數年居世界首位，并一度超過十萬人，其中行人的死亡比例超過40%，因此，對我國來講，推進行人保護法規的實施更加刻不容緩。同時，我國自主品牌汽車飛速發展，各大廠商紛紛拓展海外市場，為了避免遭遇國外市場的技術壁壘，開展行人保護研究至關重要。
二、仿真工具
本文采用Oasys、HyperWorks 前后處理器和LS-DYNA V971 求解器。
三、模型簡介
對某款乘用車的頭型和APLI腿型工況進行分析，對頭部加速度、腿型彎矩和韌帶伸長量進行分析，評判其是否滿足目標值。
四、仿真動畫（手機APP用戶要點擊圖片才能看到動畫哦）
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展開 代做安全結構 行人保護 約束系統和零部件仿真
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CNCAP2021--行人保護
2021版行人保護評價方案對國人行人事故特征進行了針對性研究，提出了適合國內行人體貌特征的評價方案。一改過去跟隨E-NCAP評價方案的慣例，不僅測試方案與E-NCAP有差異，部分評價指標也先于E-NCAP公布：
1）頭部測試區C-NCAP增加WAD2100~WAD2300，采用60度角進行沖擊，而依據E-NCAP路線圖，則計劃增加到WAD2500，采用70度進行沖擊；
2）腿部由現行的采用FLEXPLI腿型進行測試切換為直接采用APLI進行測試，可謂是跨越了一大步，評價指標也先于E-NCAP進行公布。
上述差異在實施時間上也早于ENCAP，依據ENCAP路線圖，考慮新APLI腿型的測試和二輪車騎行者保護的評價方案計劃于2022年進行實施，而依照慣例2021版C-NCAP可能會在2021年7月就開始正式實施。這也對國內車企提升行人保護研發能力方面提出了更高要求。
總體評價
頭型試驗方案：成人頭型試驗和兒童頭型試驗
頭部增加WAD2100~WAD2300測試區，采用同成人頭60度角進行沖擊。
? 企業提供的頭型試驗區域預測結果顏色分布圖，網格點可分三部分，默認預測結果網格點、具體預測結果網格點和無法預測結果網格點；
? 默認預測結果網格點直接得到相應點數分；
? 無法預測結果網格點通過試驗得到所得點數分；
? 具體預測結果網格點驗證試驗：隨機驗證試驗允許預測結果與試驗HIC值±10%的誤差。
? 試驗前，隨機選取10個網格點進行試驗驗證；
? 若生產企業申請增加頭型試驗，應在試驗開始前提出申請。增加的試驗點不超過8個，與以上標準試驗點同時隨機選取；
? 試驗點選取原則：按照具體預測結果網格點顏色比例選取，位置隨機。
? 具體預測結果網格點所得點數分=具體預測結果網格點預測所得點數分*修正系數。
展開 自動配送車行人保護分析
分析結果表明，美團自動配送車的設計對行人下肢的損傷均遠優于法規要求。
下腿型損傷分析結果統計
07 后續工作展望
除頭部和下肢外，事故數據的統計分析表明胸部損傷是除頭部和下肢以外行人損傷占比較高的人體部位，但業界目前尚未對胸部損傷評價用的子系統沖擊模型形成共識。
由于乘用車整車側面碰撞駕駛員的胸部損傷模式與行人保護胸部損傷的動力學響應有相近之處，業內有學者在考慮參考側碰用ESII假人的胸部模塊，在其之上進行配重調整，推進胸部評測方法的研究。后續將借鑒乘用車相關領域的研究成果進展，根據自動配送車的外形特點對評測方法進行調整，開展胸部損傷的研究分析，完善自動配送車人車碰撞過程中行人人體主要損傷部位評測的范圍。
08 小結
借鑒現有行人保護評測方法針對自動配送車展開了結構優化。優化結果表明，美團自動配送車具有良好的行人保護性能，達到了預期的設計目標。
未來將進一步針對自動配送車的結構特點，研究完善與之適應的行人保護評測辦法，進一步提高自動配送車對行人的安全性。
參考來源：
1. 自動駕駛汽車安全影響因素分析與應對措施研究 毛向陽等 《上海汽車》2018年1月
2. GB/T 24550-2009 汽車對行人的碰撞保護
3. CNCAP管理規則(2021年版)
4. 行人安全評估發展趨勢及應對策略探討 孫小光 《北京汽車》2018 No.6
5. 汽車與行人碰撞事故調查分析及仿真研究 李莉 湖南大學 2006年5月
展開 行人保護法規解讀
行人保護法規解讀
日本豐田汽車行人保護結果處理系統
具體內容參看
http://blog.sina.com.cn/lsdyna
汽車行人保護技術分析與展望
據統計，世界上每年有上百萬人死于汽車交通事故，其中約有20%為行人。歐盟的調查報告顯示，交通事故中行人的死亡率是車內乘客的9倍。我國是世界上交通事故頻發的地區之一，行人的死亡比例超過 40%，高于歐洲的12%，美國的 11%，日本的 30%[1]。加強對人車碰撞中行人保護的研究有著重要的現實意義，也必將指引著未來汽車安全領域的發展方向。
我國于2009年頒布了GB/T 24550 《汽車對行人的碰撞保護》標準。其中規定了驗證車輛性能的試驗類型，其中包括腿型對保險杠的試驗、兒童頭型沖擊試驗和成人頭型沖擊試驗。并規定了對各類試驗的性能要求、試驗條件等。該標準的頒布，將促進中國汽車行業對行人保護的研究與開發，降低交通事故中行人死亡率。本文將對現有的行人安全技術進行分析并提出展望。
1 汽車前部造型優化
汽車外形對行人安全的影響主要體現在前部造型上，由于行人直接暴露在車輛前，在碰撞中最易受到傷害的部位為腿部和頭部。對汽車前部造型進行優化，首先要提取目標車輛的造型特征線，即可能與人體發生接觸的車輛外部輪廓，如發動機罩線、前保險杠線和前擋風玻璃線等，然后重新建立目標車輛的模型，通過仿真手段，利用有限元法或多剛體仿真法，定義人體模型與汽車模型的接觸模型、碰撞速度等參數，最終得到各部件力與變形的曲線。利用評價指標對各特征參數（如保險杠中心高度、保險杠伸出長度、發動機前緣高度、發動機罩傾斜角度等）對人體的傷害程度進行分析。最后通過優化設計的方法得到各特征參數最優值[2]。
眾多研究表明：1）盡量降低發動機罩剛度。2）在翼子板與發動機艙連接處安裝吸能結構。3）調整發動機罩基準線位置，避免頭模與發動機罩鉸鏈、雨刮軸、電機等硬點直接接觸等措施能有效減輕或避免汽車前部造型對人體的傷害。
2 發動機罩彈升技術
根據統計數據，頭部損傷是行人在交通事故中致死的主要原因。
展開 為什么說汽車造型對行人保護至關重要？（二）
這次咋們接著侃汽車造型對行人保護的影響。
平時在日常生活中，大家應該經常見到“朝天縫”這種造型吧？
你們覺得造型為什么要這樣做呢？難道僅僅是因為風格與美觀嗎？
不是的，很大程度上為了行人保護。
就這一個縫，怎么保護行人？
大家有沒有看到，這個縫的位置是不是比較靠后？它離前保格柵（也就是最前面那一坨）X向還有那么長距離。
為什么？
因為前保是塑料，軟的；發罩是金屬，硬的。分縫越靠后，對行人腿部的傷害值越小，畢竟APLI先撞擊前保結構有緩沖，會吸收一部分能量。
但同時要和底下的小腿保護支架相匹配，也就是說，你底下的支架得足夠長呀！不然上面分縫靠后，下面支架也靠后，APLI撞過去呈現一個 C 型，這樣的結果會導致韌帶伸長量MCL值增大。
那樣就得不償失嘍！
你好，我是譚工。
這里有干貨，也有生活，關注我準沒錯~
展開 PreSys/LS-DYNA 行人保護解決方案
PreSys行人保護模型搭建流程
行人保護基礎模型搭建過程：
1）去掉整車碰撞模型中行人保護分析不需要的子零件
2）截取車輛前部區域
3）添加行人保護分析所需的缺失零部件
4）補充缺失的連接關系完成行人保護初始模型搭建
2. PreSys行人保護模塊（畫線）
PreSys行人保護
畫線選擇窗口
在該功能窗口用戶指定各個對應的零部件即可完成畫線前零部件選擇。
PreSys行人保護畫線結果：
1）C代表兒童頭型碰撞點位
2）A代表成人頭型碰撞點位
3）紅色標注點位代表默認紅色碰撞點
4）綠色標注點位代表默認綠色碰撞點
PreSys行人保護畫線結果
3. PreSys行人保護模型（頭型布置）
兒童頭型質量3.5Kg，速度11.11m/s，碰撞角度50度
成人頭型質量4.5Kg，速度11.11m/s，碰撞角度65度
在PreSys行人保護頭型布置窗口，直接輸入對應的數據，選擇對應的點位即可完成頭型布置
兒童頭型與成人頭型布置示例
4. 行人保護結果分析
提取LS-DYNA計算結果中HIC15值繪制成表格
來源：ETA迪艾
展開 行人安全保護裝置介紹
行人安全保護裝置
汽車安全不僅是針對車內的駕乘人員而言，同時也要保護行人的安全，因此車輛碰撞防護技術也開始將保護行人安全列為它的重點發展目標。近年來歐洲的E-NCAP汽車碰撞測試中，就已經不僅檢驗車內乘員的安全保護程度，也通過劃分4個星級來檢驗車輛對行人的安全保護程度。
目前世界范圍內，保護行人安全的車輛裝置主要有：
1。發動機罩機械系統
發動機罩機械系統能夠在汽車發生碰撞時迅速鼓起，使得撞擊而來的人體不適硬碰硬，而是碰撞在柔性與圓滑的表面上，減少了被撞人受傷的可能或程度。研究表明，如果發動機、蓄電池和其他部件有寬裕的空間，發動機罩在碰撞過程中能開啟，這時對行人造成的傷害就會明顯降低。當發動機罩的前端可以向后移動，那么撞擊造成的損傷可以大大地降低，如果保險杠硬度降低1/3，前圍盡可能低的情況下還可減緩對膝部造成的傷害。
發動機罩機械系統能把撞向行人的動能轉換成成提升機器蓋的能量，這就在行人、發動機罩和發動機室內不見之間形成吸能區域，通過發動機罩的·變形減小對行人頭肩部的沖擊。當人體與車頭部分剛一接觸，機械系統就會被觸發，其作用力可以由彈簧力驅動，也可以采用氣體噴射方式。當遇到車與車碰撞的時候，該系統不會起作用，而在車輛停放時，人故意撞擊也不能啟動。
在碰撞中起主要作用的第二接觸區前保險杠也將改進，采用高密度泡沫材料和新設計的結構，以控制對腿部的沖擊過程，減小撞擊力量，從而有效地保障行人的膝、腿免受嚴重傷害。同樣，重新設計的前照燈室及周邊區域能確保按受控模式吸收傷腿部的沖擊能量，避免玻璃破碎割傷行人的腿部。這有兩個目的：首先降低上腿承受的撞擊力，其次確保能量吸收與前保險杠相協調。
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