行人安全系统的开发设计

　　你是否有注意到，现代汽车的发动机都有塑料外壳（发动机罩），而且总体上比过去的发动机要平坦得多？

　　其实这样做是有原因的：发动机罩的硬脊梁和平顶的组合，可以在发生撞击时，有效地防止发动机的突起穿透引擎盖。这些特性，其本质上是车辆安全系统的一部分。当车辆撞到行人时，发动机罩防止载荷作用集中在一个小区域上（防止硬点接触），可以将严重伤害或潜在生命威胁的风险降到最低。

　　然而，这只是部分可见的行人安全保护设计，对于复杂的行人保护系统开发，则需要对整个安全系统进行严格地设计、测试，以及验证。目前，在欧洲，这些安全系统的开发设计需要遵循Euro NCAP TB024准则。而国内，行人保护安全系统的测试也将紧跟欧洲的步伐。

　　随着Simcenter Madymo 2020.1的发布，西门子开发了一整套新的行人人体模型，满足TB024 v2.0认证要求，用于行人保护安全系统的虚拟测试验证。

　　行人的风险

　　汽车引擎盖的设计不仅取决于发动机的尺寸，还受到审美和空气动力学考虑的限制。在某些汽车设计中，这些考虑将对行人造成严重的损伤风险。当车辆撞到行人的时候，人往往会在车辆的前缘发生旋转。这种情况下，头部可能会隔着引擎盖，撞击到引擎盖下的硬点，甚至可能冲击到引擎盖之后的车辆其他部位或挡风玻璃。这就需要考虑更多的安全性因素。

　　降低风险

　　解决上述问题，需要在发生撞击时，将引擎盖迅速向上弹起，以防止人的头部撞击到引擎盖、或者最大限度地降低头部到引擎盖的冲击力。

　　通过检测碰撞的发生，并主动地将引擎盖弹起，以增加引擎盖和发动机硬点之间的距离，对降低不同身材尺寸的行人的损伤风险，是一个有效的解决方案。

　　这种主动弹起式引擎盖作为一种安全保护装置，在欧洲的应用已经非常普遍，其设计测试准则已经成为Euro NCAP的一部分。对于每一款新车，这个安全系统都需要使用不同大小的行人，在不同速度下通过验证。此外，汽车主机厂希望在开发早期，能验证这些设计特征的安全性，以最小化开发后期的模型分析关键阶段进行重大设计更改的风险。因此，需要进行许多尝试：各种不同的汽车设计、行人模型和碰撞速度。理想情况下，主机厂希望在生产第一个完整的原型车之前运行这些测试。

　　而现在可以使用“数字双胞胎”：只需通过仿真计算，就能有效地研究这些安全系统的设计变量。

　　对汽车安全工程师来说，另一个非常重要的好处就是：所有这些虚拟仿真都完成后，详细记录的仿真结果在整个安全标准测试中都是有效的，并用于评级和认证。

　　以前的安全标准

　　自2018年以来，主机厂已经能够按照Euro NCAP TB013标准，通过计算机模拟主动弹起式引擎盖安全系统的验证。如果仿真结果不符合标准，Euro NCAP会在未起爆引擎盖安全系统的情况下来测试车辆行人保护的安全性，在这种情况下，车辆不能满足行人保护安全标准的风险就会大大增加。

　　更新后的安全标准

　　Euro NCAP最近发布了“TB024” 技术公告，对使用计算机仿真时必须满足的标准做了增补。标准涵盖各个方面，包括如何在软件中使用人体模型(HBM)，如HBM的使用参考点，准确性和可重复性。此外，所有认可的模型必须是使用相同的、最先进的模型，尤其是不同预定义的车辆模型、不同碰撞速度的仿真认证。下图显示了一个示例。当行人模型在汽车引擎盖上运动时，头部、胸部和臀部的运动轨迹必须保持在曲线的阴影区域内。

　　满足新标准的开发工具软件

　　西门子最近发布了Simcenter Madymo 2020.1版本，其中包括一个新的行人模型系列：代表大身材95%男性、中等身材50%男性、5%女性和6岁儿童的行人人体模型，都是按照TB024标准要求进行验证的。

　　该系列行人模型的几何形状和碰撞响应都已经过验证并满足TB024 v2.0认证要求，是使用LS-Dyna及Radioss通用车辆模型撞击Simcenter Madymo行人模型的耦合仿真进行的认证。此外，所有碰撞场景的应用模型，在Simcenter Madymo的appl目录下以一个整洁的文件夹结构的方式提供给用户，支持LS-Dyna和Radioss用户在运行和评估其仿真模型的时候使用。

　　随着Simcenter Madymo 2020.1新版本的发布，我们在优化车辆行人安全系统、拯救生命方面又向前迈进了一步。

　　需要行人模型相关的更多信息，请咨询西门子工业软件（上海）有限公司。