Конечно-элементное моделирование краш-тестов по безопасности пешеходов (2014 год)
Область компетенции:
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)
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
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.
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.
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.