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正面碰撞波形评价（上）

2019-09-14 20:04:08·  来源：汽车碰撞安全仿真在线  
　
正面碰撞波形评价目的和意义建立正面碰撞波形评价可以为车身结构耐撞性的设计优化提供定量的指标，可以为目标分解提供设计目标，可以为仿真与试验对标、不同试验
正面碰撞波形评价目的和意义
 
建立正面碰撞波形评价可以为车身结构耐撞性的设计优化提供定量的指标，可以为目标分解提供设计目标，可以为仿真与试验对标、不同试验对标提供准确性与一致性评价。

正面碰撞的评价项为侵入量和碰撞波形
 
碰撞侵入量由于其数字表达，在法规和NCAP中可以量化评价，但碰撞波形对假人伤害情况还需通过约束系统的综合表达，无法通过假人伤害值直接进行量化评价。

常见的碰撞波形方法
 
基于波形特征参数的G-T\V-T\G-S评价方法
 
基于MADYMO的波形对标准确性评价方法
 
基于加速度等效的等效一阶波形评价方法
 
基于加速度等效的等效二阶波形评价方法
 
基于碰撞简化力学模型的VPI波形评价方法
 
基于乘员胸部加速度载荷的OLC波形评价方法
 
基于波形特征参数评价

01、基于波形特征参数的评价方法
 
根据整车碰撞试验(B柱下端加速度曲线)或有限元仿真加速度曲线，对加速度进行一次积分、二次积分，分别获得G-T和V-T曲线，G-S曲线。
以加速度峰值、峰值时刻、反弹时刻、反弹速度、整车动态最大位移量(G-S曲线)等参数，作为整车碰撞波形评价的参数。
三条曲线反映的参数如下图所示：

02、基于MADYMO的波形准确性评价方法
 
MADYMO软件中的Objective rating的模块，用于对曲线相似度进行评价评价参数较多，具体指标如下：
  • Global Min Value/Timing
  • Global Max Value/Timing
  • Global Peak Value/Timing
  • Difference area Under Curve (DUC)

03、基于加速度等效的等效一阶波形评价
 
有效加速度的定义
 
有效加速度（Effective Acceleration：EA）是评价汽车正面刚性墙碰撞结构耐撞性的一个综合评定指标，其大小可从整车的速度时间历程曲线中计算得到。
在正面刚性墙碰撞中，乘员伤害评估值取决于约束系统性能和整车结构性能。通过EA可以建立乘员伤害评估和整车结构性能之间的联系。
EA越低，正面刚性墙碰撞性能越好。
 
正面刚性墙碰撞车体速度特征

从乘员保护的角度出发，整车正面刚性墙碰撞过程中的理想状态是车体持续做匀减速运动，其速度曲线如下图中虚线所示。实际碰撞过程中，车身的结构设计，很难使得车辆保持匀减速运动状态。碰撞的前期，随着碰撞盒和纵梁等部件逐渐发生压溃和折弯现象，实际速度要高于理想速度。而在碰撞后期，随着前端结构被压实，刚度增大，实际速度会低于理想速度，实际速度曲线如下图中实线所示。
 
有效加速度的计算
 
测得B柱下端的速度曲线，找到最大的反弹速度值，删除其后的部分，沿水平方向将曲线延长，如下图所示。连接速度曲线的初始点和中值点，作一条直线并与速度曲线相交，设该直线与原曲线围成的两部分面积分别为A、B。过中值点再作一条直线MN，它与过初始点和终点的水平线分别交于点M和N，记直线MN与先前直线围成的两部分面积为A'和B'。如A+B=A'+B'，则直线MN的斜率即为有效加速度EA。
 
上图中，三角形MGN的面积定义为有效压溃Ce=2(C'+D')=2(C+D)。
速度变化 DV=(V0-VRebound)  （反弹速度VRebound 为负值 ）。
     
则有效加速度 EA = DV2/2Ce。
头部伤害 HIC=K*DV4/Ce1.5 （K=1.005）。
 
有效加速度与碰撞安全性能星级目标
上表是部分车型NHTSA(美国高速公路安全管理局)星级评价统计，其中CPI为表征乘员伤害程度的综合指标，结合采用假人的头部伤害指数与胸部伤害指数计算得到，是NHTSA星级评价的基础。当CPI<11%时，该车型正面碰撞性能星级评定为五星；当11%
通过对各评价指标与CPI之间的线性拟合，可以计算出各评价指标与CPI之间的相关系数，如下图所示，在EA、加速度峰值、速度归零时刻、整车最大压溃量这4个评价指标中，EA与NHTSA星级的相关程度最高。
通过下图中的曲线，可以看出，有效加速度与CPI大致呈线性关系，即EA越高，CPI值越大，NHTSA星级越低。通常5星级车辆，其EA均小于27g；四星级及三星级车辆的有效加速度均大于27g。所以，EA越低，星级越高，整车正面碰撞性能越好。
EA基于正面100%刚性壁碰撞，根据初速度、反弹速度、速度中值，对速度曲线进行等效处理，由速度曲线面积相等计算得出有效加速度的数值。 
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