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来源：《智能制造》 2014年第1期
本文借助在乘用车行人保护碰撞安全开发中累积的经验，阐述行人保护开发的一般过程。通过造型可行性分析、参数化设计等手段，结合仿真与试验对比分析、有限元分析对行人保护进行分析和优化，提升安全性能，最终达到欧洲星级评估目标要求。旨在探讨开发注意事项及关键点，为项目开发提供指导意见，从而提升效率、节省开发时间，为基于行人安全性的车辆安全设计提供参考。
吉利汽车研究院有限公司 刘淑丹 门永新 彭鸿
一、引言
随着汽车行业的快速发展，汽车保有量持续增长，但我国道路大部分属于混合型交通，机动车、行人多处于同一道路，增加了我国行人与机动车碰撞事故发生的机率。此外，我国是世界人口大国，局部地区人口密度高，交通事故死亡人数连续多年居世界首位，其中行人的死亡比例超过40%。
行人伤害主要发生在人口密集地区。我国2001年到2009年的事故统计。如图1所示，其中行人与车辆
发生碰撞死亡人数达到了26%，88.8%的事故撞击发生在车身前部位置，如图2所示。
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近几年来，在人口密集区城市交通管理中已经采取了诸如过街天桥、地下通道、人行横道以及交通安全岛等许多措施来保护行人的安全，取得了很大效果，但行人伤害的绝对人数仍然十分巨大。因此如何保护行人，减轻其在与车辆发生碰撞时的伤害已经逐渐成为各国汽车安全性研究的新领域和焦点问题。
车辆被动安全中的行人保护安全性能已经逐步在各国新车评价系统和法规中体现了它的重要性：欧盟新车评价系统Euro NCAP，在2003年就已经将行人保护作为新车星级评定的一项内容，其试验条件比欧洲的EC更为严格，是目前最为严格的行人保护评价体系；日本也从2003年起，开展了行人保护
评价标准，其参照欧洲评价标准，虽然标准建立之初仅包括头部碰撞安全性能，但小腿部行人保护评价标准相关内容也将有计划地增加；于此同时，美国、加拿大及澳大利亚也都在行人保护方面做了大量的工作。
二、行人保护开发
1.开发流程
随着开发流程的不断完善，行人保护分析日益规范化。在车型开发过程中，一般情况下的行人保护开发流程主要包括竞争车型对比研究、造型评估、参数优化、关键部件设计、概念验证、FE优化、实车试验、设计改进及试验认证等方面，如图3所示。
红旗-9 2.行人保护造型评估
行人保护外造型及总布置分析，是概念阶段开发流程的重要组成部分。对外部造型的评估过程中，在允许条件下，避开发动机罩锁扣、铰链、大灯和雨刮等强度集中部位，尽量减少碰撞区域。
发动机罩缓冲块布置在WAD1000之前，前部空间保证75~90mm，如图4所示。此空间要求并非硬性要求，还要根据发动机舱内板结构和零部件具体状态来确定。发动机罩可向外、向后延伸，从而避免翼子板、罩盖锁和雨刮器转轴等较硬部件被划入试验区。同时应注意内外板材料、厚度和结构的选择与设计，从而使其具有合理的刚度。
林肯城市 对翼子板的支撑件、发动机罩铰链进行改进，使其具有溃缩吸能特性；风挡玻璃区域的改进主要通过造型设计保证风挡玻璃下缘、A柱等危险区域划入试验区。
保险杠可以覆盖腿部膝关节，扰流板与保险杠平齐并覆盖冲击器下半部分的中心高度。修改保险杠两边角的造型，使之更加圆滑，以减少腿部碰撞区域，避开大灯。
3.参数化设计
外地车在北京 在前期总布置及造型分析的基础上，运用软件建立行人保护关键件的隐式全参数化型，通过连接其他部件的有限元模型，构成行人保护参数化模型；在优化软件基础上，建立行人保护多工况优化工作
流，通过试验设计方法，建立近似响应面模型，分析近似模型的精度，如图5所示。通过自适应进化算法，求解出对应的最优解。运用参数化设计方法可以得到最优设计。确定最优总布置及关键零件设计方案。从而提高碰撞安全整体得分，降低其他测试项目的负担。
4.优化分析及评估
以某车型优化改进为例，为满足碰撞安全2011欧洲星级评估四星要求，该车型要求行人保护得分不得低于9分。根据车型行人保护摸底试验情况，初始状态下，满足目标要求存在一定的难度。
2009年进行的行人保护摸底试验结果表明，当时行人保护各项得分：小腿部3.564分、头部2.981分、大腿部0分，总计得分6.548，碰撞成绩如表1所示。
为提高碰撞安全整体得分，降低其他测试项目的负担，根据车型布置空间情况，该车型有比较大的改进空间。
（1）试验与仿真对比分析。
该车型行人保护儿童头部仿真与试验对比结果，如图6所示，5个点的对比结果误差均小于15%，其中3个碰撞点误差小于10%，说明该车型头部碰撞模型精度，达到了目标误差15%要求。
从头部碰撞仿真与试验对比曲线数据结果我们可以看出，加速度曲线仿真与试验相符，峰值形态、峰值大小与试验存在微小差距。
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小腿部仿真与试验对比结果，如图7所示，胫骨加速度、弯曲角度的对比结果误差均小于15%，其中剪切位移由于本身基数小，误差反应敏感，相对误差较大。
总的来说，通过小腿、头部仿真与试验数据对比，说明该碰撞模型精度，达到了目标要求。仿真与试验具备较好的一致性，所建立的有限元模型满足分析需要。
鉴于CAE分析优化方法应用方便快捷，与试验数据具有较好的一致性，采用CAE优化方法，来解决碰撞时车辆前部对行人头部及腿部的冲击造成伤害过大的问题。
（2）改进分析及方案确定。
在保持造型风格的前提下，改进方案选取时，实现行人保护安全目标；同时解决头部HIC值过大、小腿部胫骨加速度及弯曲角度过大问题。
在小腿部碰撞方面，牌照中心位置点、前车灯附近点，两点在碰撞过程中很难发生旋转，由于下部挡板强度不够，导致膝部弯曲角度过大。考虑通过更改泡沫形状或者取消前保险杠泡沫的方法来减小胫骨加速度值。天津违章
方案一：取消前保险杠泡沫，增大了保险杠前部的变形空间，保证保险杠有足够的变形空间使腿部撞击器减速，同时吸收足够多的碰撞能量来防止腿部撞击器的回弹；并且增加下部支撑的方法来降低弯曲角度，可以在碰撞过程中很好地支撑胫骨，防止它向保险杠下侧旋转，降低膝盖受到的侧向弯曲。
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