基于行人保護(hù)的發(fā)動機罩鉸鏈研究-

1、活塞孔的沿程和局部節(jié)流損失?；钊字睆交騻€數(shù)影響常通節(jié)流孔面積和其它參數(shù)設(shè)計,隨著活塞孔直徑增大或個數(shù)增加,常通節(jié)流孔面積減小。活塞孔對減振器壓縮行程特性影響較小,而對復(fù)原行程特性影響大。在設(shè)計車輛減振器時,活塞孔直徑或個數(shù)應(yīng)與車輛類型相適應(yīng):對舒適性要求較高的車輛,應(yīng)選擇活塞孔直徑大或個數(shù)多;而對安全性要求較高的車輛,應(yīng)選擇活塞孔直徑小或個數(shù)少。參考文獻(xiàn)(9:16.學(xué)學(xué)報,2006,26(8:681684.8周長城,顧亮.筒式減振器疊加節(jié)流閥片開度與特性試驗.機械工程學(xué)報,2007,43(6:210215.(責(zé)任編輯簾青修改稿收到日期為2008年10月9日。基于行人保護(hù)的發(fā)動機罩鉸鏈研究觹葛

2、如海吳淼陳曉東車彬彬(江蘇大學(xué)【摘要】針對發(fā)動機罩鉸鏈區(qū)域?qū)M足行人頭部保護(hù)要求存在的不足,設(shè)計了一種新式壓潰式鉸鏈。采用Hy-permesh軟件建立了該鉸鏈的有限元模型,并進(jìn)行了試驗驗證。應(yīng)用有限元軟件Nastran對原始鉸鏈和新鉸鏈進(jìn)行靜強度仿真比較可知,新式壓潰式鉸鏈的橫向強度更好。按照歐洲行人保護(hù)法規(guī)應(yīng)用有限元軟件LS-DYNA對新鉸鏈和原鉸鏈進(jìn)行行人保護(hù)性能仿真比較可知,使用壓潰式鉸鏈?zhǔn)剐腥说念^部傷害值HIC由原來的1420下降到了940,表明壓潰式鉸鏈在橫向強度提高的基礎(chǔ)上具有更好的行人頭部保護(hù)性能。主題詞:行人頭部保護(hù)發(fā)動機罩鉸鏈碰撞有限元中圖分類號:U463.83+3文獻(xiàn)標(biāo)識碼

3、:A文章編號:1000-3703(200812-0028-04Study on Engine Hood Hinge Based on Pedestrian ProtectionGe Ruhai,Wu Miao,Chen Xiaodong,Che Binbin(Jiangsu University【Abstract】Aiming at the deficiency of engine hood hinge area to fulfill the requirements of pedestrian head protection,a new type collapsible hinge is d

4、esigned in this article.The FEA model of the new hinge is established on software Hypermesh and is validated by tests.It is found that the new hinge has stronger horizontal strength by simulation and comparison of static strength for new hinge and original one on software Nastran.According to specif

5、ications set forth in European Pedestrian Protection Law,software LS-DYNA is used to simulate and compare the performances of new hinge and original one in terms of pedestrian protection and it is found that the HIC drops to940from1420when the collapsible hinge is used,which indicates the collapsibl

6、e hinge has stronger horizontal strength and better performance of pedestrians head protection.Key words:Pedestrian head protection,Engine hood hinge,Collision,Finite element1行人碰撞保護(hù)的發(fā)展在行人頭部碰撞保護(hù)中,由于發(fā)動機罩存在鉸鏈區(qū)域等硬點,而且發(fā)動機罩與下部發(fā)動機之間變形空間較小,因此很難滿足歐洲行人碰撞保護(hù)法規(guī)1,2的需要。觹基金項目:科技部國家科技支撐計劃資助項目(2007BAK35B02。為提高發(fā)動機罩對行人

7、頭部的保護(hù),文獻(xiàn)3提出在發(fā)動機罩板加內(nèi)墊的方法(圖1,但是受到空間不足的影響使得效果有限,而且對于頭部落在吸能區(qū)外的情況,撞擊損傷得不到改善。文獻(xiàn)4把鉸鏈高度作為一個設(shè)計變量進(jìn)行了對比仿真,表明鉸鏈高度對行人頭部傷害也有一定影響。目前效果較好的是使用后沿自升式罩板(圖2,當(dāng)汽車與行人發(fā)生碰撞時,碰撞傳感器將信號傳遞給相應(yīng)的E-CU ,ECU 發(fā)出指令使發(fā)動機罩后邊沿升起一定高度以提供足夠的吸能空間。文獻(xiàn)5通過試驗和仿真,證明了采用后沿自升式罩板后行人頭部保護(hù)效果有了明顯提高。但是采用該方法對傳感器精確性要求非常高,價格也較昂貴。圖1罩板加內(nèi)墊結(jié)構(gòu)示意圖2后沿自升式罩板結(jié)構(gòu)示意針對以上設(shè)計缺陷,

8、本文通過改進(jìn)普通鉸鏈結(jié)構(gòu),設(shè)計了一種壓潰式鉸鏈。該鉸鏈在汽車與行人頭部發(fā)生撞擊時使機構(gòu)發(fā)生塌陷,增加了發(fā)動機罩的變形空間,從而達(dá)到提高行人頭部保護(hù)效果的目的。2發(fā)動機罩鉸鏈設(shè)計要求分析6在法規(guī)要求的行人保護(hù)測試區(qū)域中,發(fā)動機罩鉸鏈區(qū)域由于鉸鏈的高硬度對行人頭部保護(hù)效果不佳,所以有必要對原始鉸鏈進(jìn)行改進(jìn),從而使這一區(qū)域達(dá)到法規(guī)要求,同時又要兼顧到與車輛相關(guān)的其他要求。2.1鉸鏈應(yīng)滿足的車輛相關(guān)要求a.在高速正碰中,鉸鏈不能斷裂。因為鉸鏈斷裂會導(dǎo)致發(fā)動機罩直接飛入駕駛室,造成人員傷亡。b.確保發(fā)動機罩開度不會過大。c.在低速碰撞測試中,使發(fā)動機罩在鉸鏈處的平移、旋轉(zhuǎn)和塑性變形達(dá)到最小以避免元件損壞

9、。d.發(fā)動機罩開啟和關(guān)閉時,應(yīng)確保發(fā)動機罩與周邊元件(如輪罩內(nèi)板的接觸力不會導(dǎo)致發(fā)動機罩的塑性變形或損壞。e.由駕駛條件導(dǎo)致的加速力和空氣阻力不能導(dǎo)致發(fā)動機罩明顯移動。f.發(fā)動機罩閉合時,應(yīng)有壓力作用在鉸鏈點上以消除鉸鏈處的縫隙,因為縫隙容易導(dǎo)致變形或噪聲。g.能夠滿足裝配要求(合適的空間和高度。2.2行人保護(hù)的要求使鉸鏈部分有足夠的變形空間、較低的垂直剛度且能夠吸收足夠多的能量,以保護(hù)頭部。從上面的分析可以看到,行人保護(hù)對發(fā)動機罩鉸鏈的要求與車輛的相關(guān)要求矛盾,這給發(fā)動機罩的改進(jìn)帶來很大難度。3基于行人頭部保護(hù)的鉸鏈改進(jìn)設(shè)計3.1原始鉸鏈結(jié)構(gòu)原始鉸鏈結(jié)構(gòu)如圖3所示。從圖3可以看出,這種鉸鏈雖

10、然滿足車輛相關(guān)要求,但由于沒有足夠的變形空間,而且硬點位于發(fā)動機蓋內(nèi),垂直剛度較大,很難滿足行人保護(hù)的要求。圖3原始鉸鏈結(jié)構(gòu)示意3.2原始鉸鏈安裝的改進(jìn)原始鉸鏈的轉(zhuǎn)點位于發(fā)動機罩下,由于該轉(zhuǎn)點非常堅硬,對頭部造成的影響很大,所以把該轉(zhuǎn)點移到發(fā)動機罩之外,即采用圖4所示的方式。該方式的缺點是增加了裝配難度,而且很難保證鉸鏈的橫向強度。圖4轉(zhuǎn)點位于發(fā)動機罩外的原始鉸鏈安裝示意3.3壓潰式鉸鏈為了充分吸收行人碰撞能量,設(shè)計了具有壓 潰上推器ECU發(fā)動機罩鉸鏈傳感器面板頭模內(nèi)墊機制的鉸鏈,如圖5所示。圖5壓潰式鉸鏈?zhǔn)疽庥蓤D5可知,該鉸鏈由3部分和1個剪切銷組成。當(dāng)頭部撞擊到發(fā)動機罩鉸鏈上方區(qū)域時,由于

11、超過了剪切銷的斷裂極限而使其被壓潰,從而使部件1和部件2發(fā)生塌陷,達(dá)到了充分吸收能量的目的。這種方式的優(yōu)點是能夠使鉸鏈在轉(zhuǎn)點位于發(fā)動機罩下的同時滿足車輛和行人保護(hù)的要求,缺點是相比原始鉸鏈需要較大的安裝空間,而且由于增加了部件使機構(gòu)變得復(fù)雜。4有限元模型的建立及試驗驗證74.1有限元模型的建立發(fā)動機罩外板厚度為0.8mm,內(nèi)板厚度為0.7 mm。內(nèi)、外板通過壓邊的方式連接在一起,內(nèi)板和外板的膠接部分用剛性單元模擬;支架和內(nèi)板之間通過點焊方式連接,用剛性單元模擬;內(nèi)、外板之間有一些橡膠填充條,建模時不予考慮。采用hypermesh 軟件劃分成殼單元網(wǎng)格,有限元模型如圖6所示。圖6發(fā)動機罩有限元模

12、型行人頭部模型根據(jù)EEVC/WG17所規(guī)定的頭部模型試驗條件,建立一個帶有頭皮和頭骨的兩層球體模型,直徑為165mm。將頭皮處理成均勻、各項同粘彈性材料,頭骨處理為剛性材料。有限元模型如圖7所示。4.2仿真模型的試驗驗證發(fā)動機罩采用鋼質(zhì)材料(DC04,試驗前先按照歐洲NCAP8要求將發(fā)動機罩進(jìn)行碰撞區(qū)域劃分。試驗在跌落塔試驗臺上進(jìn)行,采用3點簡支的邊界條件來固定發(fā)動機罩,在A2C區(qū)域選擇沖擊點進(jìn)行試驗。由于受試驗條件限制,設(shè)置跌落塔裝置發(fā)送頭部模型撞擊發(fā)動機罩的速度為13.9km/h,碰撞角度為65°。圖7頭部有限元網(wǎng)格將發(fā)動機罩和頭部模型的有限元模型導(dǎo)入LS-DYNA進(jìn)行碰撞仿真分

13、析,仿真時的條件與試驗條件一致。發(fā)動機罩內(nèi)板后部為左、右雙鉸鏈固定,前部中間使用鎖銷固定。將發(fā)動機罩有限元模型按照實車安裝情況施加約束條件,即約束其后部與鉸鏈相連的左右4個螺栓孔的全部自由度和前部鎖孔除繞X軸轉(zhuǎn)動以外的所有自由度。表1為A2C碰撞區(qū)域試驗結(jié)果與仿真結(jié)果的比較。圖8給出A2C碰撞區(qū)內(nèi)試驗和仿真得到的頭部撞擊點加速度和時間歷程曲線?？梢娪邢拊抡嬷档募铀俣茸畲笾导捌溥_(dá)到最大值的時間和試驗值很接近,說明所建發(fā)動機罩的有限元模型正確。表1A2C碰撞區(qū)域試驗結(jié)果與仿真結(jié)果比較圖8A2C碰撞區(qū)域內(nèi)試驗和仿真時頭部撞擊加速度與時間曲線對比5原始鉸鏈和壓潰式鉸鏈的仿真比較5.1原始鉸鏈和壓潰式

14、鉸鏈橫向強度的仿真比較發(fā)動機罩鉸鏈的改進(jìn)必須滿足鉸鏈橫向強度要求,這樣可確保在車輛高速正碰中鉸鏈不會發(fā)生斷裂。本文運用NASTRAN軟件對兩種鉸鏈進(jìn)行了橫向強度的仿真比較。在鉸鏈與發(fā)動機罩內(nèi)板的安裝區(qū) 域碰撞位置A2C碰撞區(qū)域碰撞速度/km·h-113.9加速度峰值試驗值/g31.0仿真值/g29.5誤差/%4.8峰值時間試驗值/ms16.0仿真值/ms15.5誤差/%3.1部件1(鉸鏈上合頁鉸鏈銷剪切銷鉸鏈銷部件2(鉸鏈中間頁部件3(鉸鏈安裝合頁40302010加速度/g仿真值試驗值010*時間/ms孔上均勻施加200N 的橫向載荷,約束鉸鏈下合頁螺栓孔的全部自由度,然后比較兩者的

15、應(yīng)力分布(圖9和圖10。從兩圖可知,在原始鉸鏈的最大應(yīng)力分布處最大應(yīng)力為342MPa ,而改進(jìn)后的鉸鏈應(yīng)力卻只有65MPa ,說明鉸鏈改進(jìn)后橫向強度比原來的鉸鏈更好。圖9原始鉸鏈的應(yīng)力分布圖10壓潰式鉸鏈的應(yīng)力分布5.2原始鉸鏈和壓潰式鉸鏈行人頭部保護(hù)性能的仿真比較運用LS-DYNA 軟件9,按照歐洲的行人頭部保護(hù)法規(guī)對發(fā)動機罩鉸鏈區(qū)域進(jìn)行碰撞仿真,對兩種鉸鏈的頭部加速度曲線進(jìn)行比較(圖11發(fā)現(xiàn),鉸鏈在改進(jìn)后頭部加速度的二次峰值(這一峰值主要由鉸鏈導(dǎo)致明顯下降,當(dāng)壓潰式鉸鏈剪切銷的剪切應(yīng)力極限為50MPa 時,頭部傷害值HIC 從原來的1420下降到了940左右,可見使用壓潰式鉸鏈具有更好的行

16、人保護(hù)性能。圖11原始鉸鏈和壓滯式鉸鏈頭部加速度曲線比較6結(jié)束語a.采用壓潰式鉸鏈可以滿足車輛的相關(guān)要求,并且與原始鉸鏈相比橫向強度更高。b.與原始鉸鏈相比,壓潰式鉸鏈會顯著降低頭部加速度二次峰值,頭部傷害值HIC 由原來的1420下降到940左右,具有更好的行人保護(hù)性能。參考文獻(xiàn)1Proposals for Methods to Evaluate Pedestrian Protection Affo-rded by Passenger Cars.European Enhanced Vehicle -Safety Committee (EEVC Working Group 10Report,1

17、998.2Nobuhiro Iwai.Computational Simulation for Head Impact on Vehicle Hoods Using the Precise Finite Element Model.The 19th Enhanced Safety of Vehicles,Paper NO.237.4Jae Wan Lee,Kyong Han Yoon,Youn Soo Kang,et al.Vehicle Hood and Bumper Structure Design to Mitigate Casualties of Pedestrian Accident

18、s.The 19th Enhanced Safety of Vehicles,Paper Number 05-0105.5Kaoru Nagatomi,Ken Hanayama,Tatsuya Ishizaki,Sakae Sasa-ki,et al.Development and Full-Scale Dummy Tests of a Pop-Up Hood System for Pedestrian Protection.The 19th Enhanced Safety of Vehicles,Paper Number 05-0113.6Christoph Kerkeling,Grace Mary Thompson,et al.Structural Ho-od and Hinge Concepts for Pedestrian Protection.The 19th En-hanced Safety of Vehicles,Paper Number 05-0304.7王岐燕.汽車發(fā)動機罩的行人保護(hù)研究:學(xué)位論文.鎮(zhèn)江:江蘇大學(xué),2006.9美