行人保护布置分析与实战技巧

保险杠系统总布置分析主要包括低速碰撞、行人保护、外部凸出物、牌照安装等对保险杠造型布置尺寸的要求及冷却系统对格栅进气面积的要求。

1.低速碰撞总布置分析

本书将重点讨论国标（GB 17354）、欧标（ECE R42）和美标（FMVSS 581）法规对保险杠造型布置尺寸的要求，由于国标和欧标内容是一致的，下面简称“中欧”。前后保险杠低速碰撞的设计要求是在发生接触和轻度碰撞时，不会导致车辆严重损伤，保护汽车车身、发动机供油系统、排气系统、冷却系统以及与安全有关的灯具等不受损伤。为达到这个设计要求，保险杠造型布置主要的设计方向是保险杠蒙皮超出前照灯、雾灯和发动机舱盖等附件，以便在碰撞时首先接触保险杠以保护其附件。为保证正碰时保险杠对发动机舱盖或行李箱盖的良好保护作用，保险杠沿X向最前端距发动机舱盖或行李箱盖的尺寸，如图13-3、图13-4、图13-5所示。中欧经验值≥50mm，美标经验值≥70mm。为保证角碰时保险杠对前照灯或尾灯的良好保护作用，保险杠最前端距前照灯或尾灯尺寸，如图13-3、图13-6、图13-7所示。中欧经验值≥30mm，美标经验值≥50mm。中欧低速碰撞高度445mm，美标低速碰撞高度406.4～508mm（图13-4、图13-5）。

图13-3 牌照安装区域核查

图13-4 中欧正碰截面

2.行人保护总布置分析

行人保护目前已成为所有车辆制造商在改进被动安全、车辆总布置和造型方面所关注的重要课题。行人保护中影响保险杠布置和造型的主要是小腿碰撞部分，其主要的评价指标有胫骨加速度G（g）、最大弯曲角度A（°）、最大剪切位移S（mm）。为了实现对小腿的保护，在前保险杠横梁和前保险杠内表面之间通常布置保险杠吸能块。该吸能块多采用EPP泡沫，能符合ECER42低速碰撞要求的泡沫密度约为30g/L，其刚度完全适合行人保护小腿的碰撞。根据实际试验经验，满足欧洲低速碰撞和行人保护E-NCAP小腿碰撞达到满分是完全可能的。而满足北美的低速碰撞法规难度很大，因为其泡沫的密度是欧洲的2～3倍，这样刚度有很大提高，碰撞时泡沫的溃缩有限，行人保护小腿碰撞性能很难达到法规要求。

图13-5 美标正碰截面

图13-6 中欧角碰截面

图13-7 美标角碰截面

1）前保险杠横梁和蒙皮内表面距离（S）如图13-8所示。假设碰撞过程碰撞器受到的平均力F=mg，碰撞过程碰撞器能量E=mv²/2，通过能量的平衡可以计算出E=mv²/2=FS=mgS，得出胫骨加速度与前保险杠横梁和蒙皮内表面距离的关系v²/2=gS，即g=v²/2S。要降低胫骨加速度，前保险杠横梁和蒙皮内表面距离（S）越大越好，此空间尺寸的增大可以为小腿碰撞器提供足够的变形空间。为达到标准要求，保险杠整个小腿碰撞区域的该距离尺寸（S）需保证在80mm以上。

2）在造型上，如图13-9、图13-10及图13-11所示，可通过优化保险杠下端造型的方式优化小腿的弯曲角度。图13-11示意了碰撞旋转的过程，当保险杠下端缺少向前的造型时，小腿碰撞器会按照①、②所示方向以关节为中心旋转，当保险杠存在下端向前的造型时，小腿碰撞器会按照③所示的方向以保险杠的下端突出造型为中心旋转，其碰撞过程以膝关节为中心旋转运动会大大降低，这对降低最大弯曲角度A有很大作用。

图13-8 前保险杠横梁和前保险杠蒙皮布置图

图13-9 保险杠造型

图13-10 造型优化

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图13-11 碰撞分析示意

3）如图13-11所示，通常a、b两处的刚度要求是b处刚度要大于a处刚度，以便于以b处保险杠下端的突出造型为旋转中心，按照③所示的方向旋转。增大b处刚度常用的方法是在保险杠内部增加行人保护支撑支架。

4）行人保护布置分析主要包括图13-12所示三个碰撞位置的分析，如图13-13所示，在碰撞区域内前保险杠横梁距离前保险杠蒙皮尺寸1需要达到经验值≥80mm，同时前保险杠下部行人保护区域的造型距离X向前保险杠最前端的距离尺寸2需要尽量小。

图13-12 行人保护分析位置

图13-13 碰撞位置截面（适合于A—A、B—B、C—C）

3.外部凸出物可行性分析

在前期CAS面可行性分析时的外部凸出物核查中，主要是对保险杠外表面的特征圆角的检查，图13-14所示为保险杠不同圆角要求的区域划分。通常采用的核查方法是在保险杠上不同位置处做截面线，然后用直径为100mm的圆，顺着保险杠截面线的外表面进行滚动检查，对于能被球接触的部位，测量其圆角特征半径，确认是否满足法规要求。

图13-14 外部凸出物核查

4.牌照安装布置分析

前后保险杠应有足够的空间满足中、欧、美等牌照的安装，如图13-15所示。

安装于号牌板（架）上的号牌应在如下空间范围内可视，该空间由以下四个平面组成：通过号牌两侧并呈向外30°的两个铅垂平面；通过号牌上边缘与水平面呈向上15°的平面；经号牌下边缘的水平面（若号牌上边缘离地高度大于1.20m，该平面应与水平面呈向下15°）。如图13-16所示。

5.格栅进气面积

在设计保险杠格栅时需要对进气面积进行核查，方法如图13-17（图中箭头方向为车辆行使时的气流方向）所示，在3D数据中确认格栅有效进风面积之和与散热器芯体面积，两者比值接近30%。一般通风散热投影比例达到25%，格栅进气基本就能达到要求，在25%～35%区间最为合适。

图13-15 牌照安装区域核查

图13-16 截面A—A牌照可视范围

图13-17 格栅进气位置参考图