行人安全系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)

你是否有注意到，現(xiàn)代汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)都有塑料外殼（發(fā)動(dòng)機(jī)罩），而且總體上比過(guò)去的發(fā)動(dòng)機(jī)要平坦得多？


[圖片源自網(wǎng)絡(luò)]

其實(shí)這樣做是有原因的：發(fā)動(dòng)機(jī)罩的硬脊梁和平頂?shù)慕M合，可以在發(fā)生撞擊時(shí)，有效地防止發(fā)動(dòng)機(jī)的突起穿透引擎蓋。這些特性，其本質(zhì)上是車輛安全系統(tǒng)的一部分。當(dāng)車輛撞到行人時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)罩防止載荷作用集中在一個(gè)小區(qū)域上（防止硬點(diǎn)接觸），可以將嚴(yán)重傷害或潛在生命威脅的風(fēng)險(xiǎn)降到最低。

然而，這只是部分可見的行人安全保護(hù)設(shè)計(jì)，對(duì)于復(fù)雜的行人保護(hù)系統(tǒng)開發(fā)，則需要對(duì)整個(gè)安全系統(tǒng)進(jìn)行嚴(yán)格地設(shè)計(jì)、測(cè)試，以及驗(yàn)證。目前，在歐洲，這些安全系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)需要遵循Euro NCAP TB024準(zhǔn)則。而國(guó)內(nèi)，行人保護(hù)安全系統(tǒng)的測(cè)試也將緊跟歐洲的步伐。

隨著Simcenter Madymo 2020.1的發(fā)布，西門子開發(fā)了一整套新的行人人體模型，滿足TB024 v2.0認(rèn)證要求，用于行人保護(hù)安全系統(tǒng)的虛擬測(cè)試驗(yàn)證。

行人的風(fēng)險(xiǎn)

汽車引擎蓋的設(shè)計(jì)不僅取決于發(fā)動(dòng)機(jī)的尺寸，還受到審美和空氣動(dòng)力學(xué)考慮的限制。在某些汽車設(shè)計(jì)中，這些考慮將對(duì)行人造成嚴(yán)重的損傷風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)車輛撞到行人的時(shí)候，人往往會(huì)在車輛的前緣發(fā)生旋轉(zhuǎn)。這種情況下，頭部可能會(huì)隔著引擎蓋，撞擊到引擎蓋下的硬點(diǎn)，甚至可能沖擊到引擎蓋之后的車輛其他部位或擋風(fēng)玻璃。這就需要考慮更多的安全性因素。

降低風(fēng)險(xiǎn)

解決上述問(wèn)題，需要在發(fā)生撞擊時(shí)，將引擎蓋迅速向上彈起，以防止人的頭部撞擊到引擎蓋、或者最大限度地降低頭部到引擎蓋的沖擊力。

通過(guò)檢測(cè)碰撞的發(fā)生，并主動(dòng)地將引擎蓋彈起，以增加引擎蓋和發(fā)動(dòng)機(jī)硬點(diǎn)之間的距離，對(duì)降低不同身材尺寸的行人的損傷風(fēng)險(xiǎn)，是一個(gè)有效的解決方案。


[圖片源自網(wǎng)絡(luò)]

這種主動(dòng)彈起式引擎蓋作為一種安全保護(hù)裝置，在歐洲的應(yīng)用已經(jīng)非常普遍，其設(shè)計(jì)測(cè)試準(zhǔn)則已經(jīng)成為Euro NCAP的一部分。對(duì)于每一款新車，這個(gè)安全系統(tǒng)都需要使用不同大小的行人，在不同速度下通過(guò)驗(yàn)證。此外，汽車主機(jī)廠希望在開發(fā)早期，能驗(yàn)證這些設(shè)計(jì)特征的安全性，以最小化開發(fā)后期的模型分析關(guān)鍵階段進(jìn)行重大設(shè)計(jì)更改的風(fēng)險(xiǎn)。因此，需要進(jìn)行許多嘗試：各種不同的汽車設(shè)計(jì)、行人模型和碰撞速度。理想情況下，主機(jī)廠希望在生產(chǎn)第一個(gè)完整的原型車之前運(yùn)行這些測(cè)試。

而現(xiàn)在可以使用“數(shù)字雙胞胎”：只需通過(guò)仿真計(jì)算，就能有效地研究這些安全系統(tǒng)的設(shè)計(jì)變量。

對(duì)汽車安全工程師來(lái)說(shuō)，另一個(gè)非常重要的好處就是：所有這些虛擬仿真都完成后，詳細(xì)記錄的仿真結(jié)果在整個(gè)安全標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試中都是有效的，并用于評(píng)級(jí)和認(rèn)證。

以前的安全標(biāo)準(zhǔn)

自2018年以來(lái)，主機(jī)廠已經(jīng)能夠按照Euro NCAP TB013標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬主動(dòng)彈起式引擎蓋安全系統(tǒng)的驗(yàn)證。如果仿真結(jié)果不符合標(biāo)準(zhǔn)，Euro NCAP會(huì)在未起爆引擎蓋安全系統(tǒng)的情況下來(lái)測(cè)試車輛行人保護(hù)的安全性，在這種情況下，車輛不能滿足行人保護(hù)安全標(biāo)準(zhǔn)的風(fēng)險(xiǎn)就會(huì)大大增加。

更新后的安全標(biāo)準(zhǔn)

Euro NCAP最近發(fā)布了“TB024” 技術(shù)公告，對(duì)使用計(jì)算機(jī)仿真時(shí)必須滿足的標(biāo)準(zhǔn)做了增補(bǔ)。標(biāo)準(zhǔn)涵蓋各個(gè)方面，包括如何在軟件中使用人體模型(HBM)，如HBM的使用參考點(diǎn)，準(zhǔn)確性和可重復(fù)性。此外，所有認(rèn)可的模型必須是使用相同的、最先進(jìn)的模型，尤其是不同預(yù)定義的車輛模型、不同碰撞速度的仿真認(rèn)證。下圖顯示了一個(gè)示例。當(dāng)行人模型在汽車引擎蓋上運(yùn)動(dòng)時(shí)，頭部、胸部和臀部的運(yùn)動(dòng)軌跡必須保持在曲線的陰影區(qū)域內(nèi)。



滿足新標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)工具軟件

西門子最近發(fā)布了Simcenter Madymo 2020.1版本，其中包括一個(gè)新的行人模型系列：代表大身材95%男性、中等身材50%男性、5%女性和6歲兒童的行人人體模型，都是按照TB024標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行驗(yàn)證的。



該系列行人模型的幾何形狀和碰撞響應(yīng)都已經(jīng)過(guò)驗(yàn)證并滿足TB024 v2.0認(rèn)證要求，是使用LS-Dyna及Radioss通用車輛模型撞擊Simcenter Madymo行人模型的耦合仿真進(jìn)行的認(rèn)證。此外，所有碰撞場(chǎng)景的應(yīng)用模型，在Simcenter Madymo的appl目錄下以一個(gè)整潔的文件夾結(jié)構(gòu)的方式提供給用戶，支持LS-Dyna和Radioss用戶在運(yùn)行和評(píng)估其仿真模型的時(shí)候使用。






隨著Simcenter Madymo 2020.1新版本的發(fā)布，我們?cè)趦?yōu)化車輛行人安全系統(tǒng)、拯救生命方面又向前邁進(jìn)了一步。