Цифровая платформа по разработке и применению цифровых двойников CML-Bench®
Уникальный онлайн-курс «Цифровые двойники изделий»
Список выполненных НИОКР

Конечно-элементное моделирование краш-тестов по безопасности пешеходов (2014 год)

Отрасли промышленности:
Ключевые слова безопасность пешеходов, краш-тесты, фронтальная часть автомобиля
Программное обеспечение ANSA, SIMULIA/Abaqus
Период проведения 2014 г.

Неотъемлемой частью разработки современного автомобиля в наши дни является тестирование на столкновение с пешеходом. Директивы ЕЭС №2003/102 по защите пешеходов были введены в 2003 году Европейским расширенным комитетом по безопасности (European Enhanced Vehicle Safety Committee EEVC) с целью сократить количество ДТП со смертельными исходами. Дополнения к этим правилам, EC Directive 78/2009, приняты в 2009 г. С этого момента оценка степени защиты пешеходов является неотъемлемой частью сертификации и сводного рейтинга уровня безопасности автомобиля. Главной целью создания этих правил являлось развитие систем безопасности, которые фокусируются не только на защите пассажиров и водителя автомобиля, но и на обеспечении безопасности таких слабозащищенных участников дорожного движения как пешеходы и велосипедисты.

Предложенные Директивами тесты по защите пешеходов основаны на применении импакторов самых незащищенных частей тела пешехода при наезде на него автомобиля - таких как голова, бедра и голени. Испытания проводятся с целью имитации столкновения автомобиля с ребенком и взрослым пешеходом при скорости автомобиля 40 км/ч. При проведении испытаний фронтальная часть автомобиля условно делится на несколько зон, которые «обстреливаются» различными импакторами.

Схема испытаний автомобиля на защиту пешеходов согласно Директивам EC Directive 78/2009 (фаза II)
Схема испытаний автомобиля на защиту пешеходов согласно Директивам EC Directive 78/2009 (фаза II)

Главное требование Директив заключается в том, чтобы пешеход при наезде на него автомобиля, движущегося со скоростью 40 км/ч, не только остался в живых, но и не получал серьезных травм. Введение в практику данных правил происходило в два этапа: часть с 2005 года – первая фаза (Phase I), и второй этап – с 2010 года (Phase II). Это связано с тем, что на тот момент автопроизводители не имели возможности реализовать максимальные требования Директив, поскольку необходимо было произвести существенные изменения фронтальной части автомобиля и провести многочисленные научно-исследовательские работы.

Схемы импакторов, используемых в тестах по защите пешеходов: а) голени; б) бедра, в) головы взрослого человека; г) головы ребенка
Схемы импакторов, используемых в тестах по защите пешеходов: а) голени; б) бедра, в) головы взрослого человека; г) головы ребенка
 

Испытания по безопасности пешеходов, основанные на Директивах EC Directive 78/2009, входят и в систему рейтинговой оценки автомобилей EuroNCAP. Помимо них в EuroNCAP включены следующие тесты:

  • Flex PLI (Flexible Pedestrian Legform Impactor) – этот тест использует импактор ноги с возможностью изгиба кости, и предназначен для определения травм голени и колена (действует с 2014 г.),
  • AEB VRU (AEB=Autonomous Emergency Brake Systems, VRU=Vulnerable Road Users) – тест системы распознавания пешеходов и автоматического торможения при обнаружении преграды (вводится с 2016 г.),
  • Nighttime Pedestrian Monitoring Systems – тест системы обнаружения пешеходов в темное время суток (вводится с 2017 г.).

Проведение всех необходимых натурных сертификационных и рейтинговых испытаний требует существенных финансовых затрат. Поэтому все больше автопроизводителей прибегает к методам компьютерного моделирования этих испытаний на всех стадиях разработки нового автомобиля. В лаборатории "Вычислительная механика" (CompMechLab®) проводятся обширные исследования методом конечных элементов (МКЭ) различных автомобилей на соответствие требованиям сертификационных стандартов и рейтинговых испытаний в сфере безопасности пешеходов.​ Возможности CompMechLab® позволяют в точности воспроизвести условия всех испытаний и провести полноценный анализ травмирования пешехода и состояния фронтальной части автомобиля после столкновения. Целью такого исследования является определение оптимальной конфигурации деталей передка автомобиля и минимизация полученных пешеходом травм на этапе компьютерного моделирования.

Особенностью КЭ моделирования подобных тестов является необходимость тщательной проработки деталей фронтальной части автомобиля, в том числе деталей подкапотного пространства, которые потенциально могут войти в контакт с импакторами. Сотрудники CompMechLab® имеют богатый опыт разработки полномасштабных КЭ моделей автомобилей, удовлетворяющих требованиям мировых стандартов.

Сетка КЭ фронтальной части автомобиля (размер элемента 1 – 5 мм)

Сетка КЭ фронтальной части автомобиля (размер элемента 1 – 5 мм)

Высокий уровень детализации сетки КЭ фронтальной части автомобиля(размер элемента 1 – 5 мм), выполненной сотрудниками CompMechLab®

Сотрудниками CompMechLab® разработаны КЭ модели всех импакторов, используемых в принятых на сегодняшний день тестах, а также в тех, которые будут введены в ближайшие годы.

КЭ модель ударника головы

КЭ модель ударника головы

КЭ модель ударника голени

КЭ модель ударника голени

а)

б)

КЭ модели ударников головы (а) и голени (б), разработанные сотрудниками CompMechLab®

Анимации: результаты КЭ моделирования теста на соударение с импактором голени

 

Анимации: результаты КЭ моделирования теста на соударение с импактором головы (перспектива)

Помимо КЭ моделирования испытаний на безопасность пешеходов с исходной геометрией автомобиля, предоставленной Заказчиком, лаборатория CompMechLab® проводит оптимизацию совокупности различных деталей передка автомобиля с целью улучшить результаты испытаний для присвоения автомобилю желаемого Заказчиком рейтинга.

а)

б)

Оптимизация усилителей капота автомобиля сотрудниками CompMechLab®:

а) – геометрия усилителей в ходе оптимизации,

б) – зоны распределения ускорений импактора головы при соударении с частями капота (зеленый – безопасные участки, красный – опасные)

Анализ результатов КЭ моделирования испытаний на безопасность пешеходов помогает на ранних стадиях разработки и проектирования автомобилей определить степень получаемых пешеходом травм и повреждения, наносимые автомобилю. Это способствует своевременному определению проблемных зон и поиску оптимальных решений по расположению и свойствам деталей фронтальной части автомобиля.