解密MPDB评估车辆设计

2019-05-22 22:30:54·  来源:全球顶级安全专家 车辆碰撞安全  
 
从MPDB研究测试结果看,MPDB评估有一个矛盾点,当碰撞车辆质量较小时,碰撞车辆吸收的碰撞能量相对较大,MPDB试验的假人评估得分相对较低(或得分非常困难),而
从MPDB研究测试结果看,MPDB评估有一个“矛盾点”,当碰撞车辆质量较小时,碰撞车辆吸收的碰撞能量相对较大,MPDB试验的假人评估得分相对较低(或得分非常困难),而兼容性修正罚分会较低,至少台车的速度变化会小;反之,当碰撞车辆质量较大时,碰撞车辆吸收碰撞能量相对较少,假人的评估得分相对较高(或得分较易),但台车速度变化会大,兼容性修正罚分会多。所以MPDB车辆设计尽量消除这个“矛盾点”,做到两者兼顾。
图一   MPDB研究碰撞结果
 
MPDB与ODB试验对比
         
以1400kg的紧凑型轿车为例来对比一下MPDB与ODB结果的差异。

一、车身加速度方面
         
MPDB碰撞能量巨大,相对碰撞速度达到了100km/h,因此MPDB试验车辆加速度明显大于ODB,峰值高出了约20g,并且加速度整体起来较早(整体相对于ODB有很大的前移),从加速度整体看,很类似于该车辆进行50km/h刚性壁障全正碰试验。
 
二、车身结构方面
         
通过对比两个工况的结果,发现MPDB与ODB试验结果前端变形很相似,尤其防撞横梁都有非常大的弯折,但在MPDB试验中吸能盒压溃变形不理想。
图二   MPDB与ODB试验后前端变形对比
三、Y方向移动
         MPDB试验中假人与气囊的作用时间提前了,且作用时间较长,持续了约100ms,在假人与气囊作用的过程中,MPDB碰撞车辆横向移动加剧。
图三   整车横向移动
四、假人响应
         由于MPDB碰撞能量巨大,碰撞剧烈,所以假人的响应伤害值比ODB要高很多。
         可以看出假人各部位的伤害值都明显增加,虽然THOR假人评分限值与H3不同,但得分方面还是明显低了很多。
图四  胸部压缩量对比
五、兼容性评估
        在兼容性评估方面,MPDB试验兼容性评估罚分达到最大。碰撞中前防撞横梁撕裂,前纵梁、吸能盒变形不合理,前端结构没有很好地分散碰撞能量。
图五  兼容性评估结果
图六  结构变形不合理
MPDB车辆设计对策
       MPDB评估包括乘员响应评估和碰撞兼容性评估两个方面。
    下面从将从三个方面来浅谈一下MPDB设计方面对策:车身响应、乘员保护响应和兼容性。
一、车身结构方面
         车身耐撞性仍然是MPDB的设计基础。前段时间听一个工程师说:实施MPDB后,之前的车身耐撞性那一套过时了。其实则不然,他是没有真正地理解车身耐撞性设计方法和原理,其实理论还是那个理论,方法还是那个方法,只不过形势和情况发生变化了,要因地制宜,适应新的情况和新的变化,所以《车身耐撞性设计与分析》里面所讲的那一套并没有过时,关键看理解。
        无论是ODB,还是MPDB,车身耐撞性设计归根结底还是碰撞能量分散和吸收。只不过要基于MPDB工况的特点,对之前的结构进行优化。
         一方面MPDB碰撞能量巨大,必须合理规划能量的分散,有必要增加能量分散路径,之前针对ODB的车辆传递路径已经不能满足要求了。有几个方面可以参考:
    1、优化前防撞横梁的设计,尽可能扩大防撞横梁的跨度,能延伸到对前轮防护位置,增加防撞横梁的强度,不能在碰撞中断裂或撕裂。利用其在横向上分散碰撞能量。在实际中也有利于车辆迎头撞到树上的保护。
       2、增加碰撞能量传递到路径,在防撞横梁垂直面上下最好能各增加一条横向传递路径:水箱上横梁和水箱下横梁,或类似结构。
        3、在纵向上,需要将传统的车身shotgun向前延伸,同时加强shotgun与前纵梁的连接,这样可以保持碰撞能量传递的稳定性。最好能采用封闭的副车架设计,副车架前端与水箱下横梁连接。
     通过上面的路径设计组成了车辆前端碰撞防御结构,垂直方向最好能覆盖250~650mm范围,横向最好能覆盖前轮宽度位置。
图七   结构设计建议
     另一方面要合理规划车辆前端结构的能量吸收,可以对车辆前端溃缩区域的结构分成两区域,一个叫“软的区域”,例如,吸能盒,纵梁前端等,这个区域主要用来保护对方车辆(兼容性评估),另一个叫“硬的区域”,例如,纵梁后端,shotgun根部等,该区域主要用来保护碰撞车辆自身。对于大而重的车辆应该加强软的区域设计,一定要匹配好吸能盒的吸能效果,更好地保护对方车辆,这样会获得很好地兼容性评估。而对于轻的小型车辆,重点在硬的区域设计,加强自身的保护。通过CAE仿真手段合理匹配“软区域”和“硬区域”的强度。
二、约束系统方面
        MPDB碰撞车辆加速度起来较早,安全气囊和安全带预紧的时间要提前,另外MPDB碰撞中车身比ODB横向移动大且剧烈,因此,安全气囊需要足够大,气囊保压时间要长,避免乘员头部的过高的伤害和额外的修正,另外车身剧烈的横向移动,容易导致假人碰撞中倾斜,增加假人的伤害值,合理匹配安全气囊和安全带保护。
图八  假人倾斜
     基于之前ODB与MPDB对比试验,对MPDB试验的约束系统进行了优化,收到了很好的效果。
         其中大腿和膝部虽然伤害高,但优化前和优化后均是满分。小腿的伤害来自防火墙的变形侵入。
三、兼容性评估方面
        兼容性评估主要考察三个方面:壁障变形的均匀性、台车的速度变化和壁障击穿。
        像传统的ODB车辆那样两根纵梁+前防撞横梁的结构已经不能满足兼容性评估要求了,这样往往在碰撞中载荷集中,导致壁障变形的不均匀,过强纵向传递结构还会在PDB壁障上戳个洞,导致壁障击穿。
         前面讲的车身结构设计也是鉴于兼容性评估考虑。
         车辆前端要有合理的防御几何结构,能很好地覆盖兼容性评估区域,防御结构的强度分布合理,确保PDB壁障变形均匀,降低壁障均匀性变形罚分,在碰撞中不能出现载荷集中现象,确保碰撞中不能击穿壁障。
         对于大而重的车辆,前端防御结构要做好“软区域”的设计,合理缓冲吸收MPDB碰撞能量,减小MPDB台车速度变化,从而降低乘员负载指数OLC罚分。
        下面的车身前端防御结构设计是很好的兼容性设计:
图九 良好的车身兼容性设计
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