[发明专利]一种基于行人保护的汽车缓冲吸能A柱及其优化方法

说明书

本发明公开了一种基于行人保护的汽车缓冲吸能A柱及其优化方法，汽车缓冲吸能A柱包含左侧A柱和右侧A柱；左侧A柱、右侧A柱关于车辆中心线呈对称分布，均包含内壳、外壳和内芯；左侧A柱、右侧A柱的内壳、外壳和内芯均采用碳纤维材料，且内芯由三维内凹六边形负泊松比单胞阵列而成。本发明还给出了该汽车缓冲吸能A柱的优化方法，优化后，可以兼顾汽车‑行人碰撞和和汽车正面碰撞两个工况，在降低行人头部的伤害的前提下，保证了汽车耐撞性和轻量化。

技术领域

本发明涉及汽车被动安全领域，尤其涉及一种基于行人保护的汽车缓冲吸能A柱及其优化方法。

背景技术

一方面，A柱是汽车框架的重要组成部分，在设计汽车A柱时，必须考虑其耐撞性，当汽车发生正面碰撞时，良好的耐撞性A柱，对车内乘员的生命安全起着关键作用。目前主要是通过改变A柱的结构形状和采用高强度钢来提高A柱的耐撞性

另一方面，在行人头部保护相关法规中，明确的指出汽车A柱在行人头部与汽车碰撞发生的区域内。目前对于考虑行人保护的汽车A柱的研究仅仅是通过非刚性材料来提高行人头部的保护，但会降低汽车A柱的耐撞性。所以，在设计汽车A柱时，如何协同汽车A柱的耐撞性和对行人头部保护的意义显得十分重大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有汽车A柱设计过程中不能有效的协调好汽车A柱的耐撞性和行人头部保护的缺点，提出了一种基于行人保护的汽车缓冲吸能A柱及优化方法，在保证耐撞性的基础上，对行人头部进行保护。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种基于行人保护的汽车缓冲吸能A柱，包含左侧A柱和右侧A柱；

所述左侧A柱、右侧A柱关于车辆中心线呈对称分布，均包含内壳、外壳和内芯；

所述左侧A柱、右侧A柱的内壳、外壳和内芯均采用碳纤维材料，且内芯由三维内凹六边形负泊松比单胞阵列而成。

作为本发明一种基于行人保护的汽车缓冲吸能A柱进一步的优化方案，所述左侧A柱、右侧A柱的内壳、外壳的壁厚相同，且左侧A柱、右侧A柱通过胶接技术与汽车的相应部位连接。

本发明还公开了一种该基于行人保护的汽车缓冲吸能A柱的优化方法，具体步骤如下：

步骤1)，采用拉丁超立方实验优化方法，选取N组设计参数，每组设计参数包括了内凹六边形的底壁长、斜壁长、高度、壁厚参数、以及左侧A柱、右侧A柱的内壳厚度参数和外壳厚度参数，N为大于1的自然数、为预先设定的阈值；

步骤2)，根据步骤1)中的N组参数，在CATIA中，建立N组汽车缓冲吸能A柱几何结构；

步骤3)，在HYPERMESH中，分别建立50组正面碰撞有限元模型和50组行人头部碰撞A柱有限元模型；

步骤4)，通过LS-DYNA计算,得到N组正面碰撞结果：汽车缓冲吸能A柱的最大位移和N组HIC值，所述HIC值为行人头部伤害指数；

步骤5)，在ISIGHT中，将总系统为设为汽车缓冲吸能A柱轻量化，两个子系统分别设为A柱耐撞性和行人保护；对汽车缓冲吸能A柱进行多学科协同优化，最终确定满足质量最轻的总目标和步骤1)中所述的各项设计参数值；

步骤6)，利用代理模型方法，建立汽车A柱耐撞性子系统和行人保护子系统各自的Kriging代理模型，借助于相对误差绝对值Average、最大相对绝对值误差Max及相关系数RG₂三个指标对Kriging代理模型精度进行判断，如果Average和Max小于等于0.01且RG₂大于等于0.9，说明精度达到要求，继续执行步骤7)，反之，跳转执行步骤1)；

所述Average、Max、RG₂的计算公式分别为：