由于汽車造型和布置限制，汽車?yán)走_(dá)若無法避開低速碰撞擺錘的直接沖擊，很容易碰撞損壞。
本文基于等效靜態(tài)載荷理論，采用靜壓試驗(yàn)方法，建立了汽車?yán)走_(dá)受損評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，通過對(duì)雷達(dá)周邊零件的材料和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，有效的實(shí)現(xiàn)了對(duì)某項(xiàng)目汽車后端雷達(dá)受低速碰撞沖擊的性能保護(hù)。本文創(chuàng)建的汽車?yán)走_(dá)在低速碰撞性能評(píng)價(jià)方法及方案優(yōu)化過程，對(duì)汽車設(shè)計(jì)具有一定的指導(dǎo)作用。
隨著汽車智能化的發(fā)展，越來越多的電子功能件應(yīng)用于汽車前后端。ADAS 是利用安裝于車上的各式各樣的傳感器，如雷達(dá)、激光和超聲波等，可以探測光、熱、壓力或其它用于監(jiān)測汽車狀態(tài)的變量。ADAS 通常位于車輛的前后保險(xiǎn)杠、側(cè)視鏡、駕駛室內(nèi)部或者擋風(fēng)玻璃上，可以實(shí)現(xiàn)輔助泊車、碰撞預(yù)警、自動(dòng)巡航駕駛、偏道報(bào)警等功能。
1. 汽車后端雷達(dá)受低速碰撞沖擊的性能保護(hù)
現(xiàn)有低速碰撞國家標(biāo)準(zhǔn) GB17354-1998 實(shí)施于 1999 年，沒有定義在 4km/h 以下低速碰撞時(shí)對(duì) ADAS 中雷達(dá)等的保護(hù)。泛亞汽車技術(shù)中心有限公司對(duì)低速碰撞中電子功能件的保護(hù)進(jìn)行了多年的研究，考慮降低售后維修成本和提升行車安全性，創(chuàng)建了對(duì)電子功能件低速碰撞保護(hù)的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并提出了避讓式的解決方法。
目前，行業(yè)中并沒有比較成熟的判斷電子功能件受沖擊是否失效的方法和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。中國汽車標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)已開始啟動(dòng)低速碰撞國標(biāo)修訂工作，很可能將對(duì)電子功能件保護(hù)作為修訂考慮內(nèi)容 。
本文介紹了某車型開發(fā)中由于造型和布置限制，汽車?yán)走_(dá)無法避開低速碰撞擺錘的直接沖擊，很容易碰撞損壞。本文基于等效靜態(tài)載荷理論，采用準(zhǔn)靜壓試驗(yàn)方法，建立了汽車?yán)走_(dá)受損評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，通過對(duì)雷達(dá)周邊零件的材料和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，有效的實(shí)現(xiàn)了對(duì)該項(xiàng)目汽車后端雷達(dá)受低速碰撞沖擊的性能保護(hù)。對(duì)于雷達(dá)抗沖擊性研究及低速碰撞性能保護(hù)開發(fā)具有指導(dǎo)意義。
2. 汽車?yán)走_(dá)布置及低速碰撞性能介紹
中國低速碰撞保護(hù)法規(guī)采用基準(zhǔn)高度為 445mm 的擺錘配整車整備質(zhì)量，對(duì)車輛前 / 后端進(jìn)行 4km/h 縱向碰撞和 2.5km/h“車角” 碰撞，如圖 1 所示，要求：（1）照明和信號(hào)裝置應(yīng)能繼續(xù)正常工作并清晰可見。如果出廠時(shí)安裝好的照明裝置失調(diào)，允許進(jìn)行調(diào)整以符合規(guī)定要求 ，但只限于采用常規(guī)的調(diào)整方法。如果燈絲折斷，應(yīng)允許更換燈泡。（2）發(fā)動(dòng)機(jī)罩、行李箱蓋和車門應(yīng)能正常開閉。車輛的側(cè)門在碰撞的作用下不得自行開啟。（3）車輛的燃料和冷卻系統(tǒng)應(yīng)無泄漏，不發(fā)生油、水路堵塞，其密封裝置與油、水箱蓋亦應(yīng)能正常工作。（4）車輛的排氣系統(tǒng)不應(yīng)有妨礙其正常工作的損壞或錯(cuò)位。（5）車輛的傳動(dòng)系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)（包括輪胎）、轉(zhuǎn)向和制動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)保持良好的調(diào)整狀態(tài)并能正常工作。
由于低速碰撞速度較低，一般發(fā)生在泊車過程或溜車時(shí)的輕微碰撞。雷達(dá)在低速碰撞中損壞，需要較高的維修費(fèi)用。有時(shí)損壞不易被察覺，在使用智能駕駛模式時(shí)會(huì)出現(xiàn)誤報(bào)，甚至?xí)绊懶熊嚢踩斐啥问鹿省?/p>
因此，考慮在低速碰撞中對(duì)雷達(dá)的保護(hù)是非常有必要的。然而，由于 ADAS 系統(tǒng)電子功能件較多，而保險(xiǎn)杠前后端布置的空間有限，一旦布置在防撞梁前端或擺錘直接碰撞區(qū)域，很容易被撞壞。如何有效的保護(hù)雷達(dá)等電子功能件在低速碰撞中不損壞是開發(fā)的難點(diǎn)。
本項(xiàng)目中由于造型特點(diǎn)，保險(xiǎn)杠蒙皮采用上下分片結(jié)構(gòu)，由于雷達(dá)的布置高度范圍限制，只能布置在電鍍飾條和后霧燈之前的區(qū)域。剛好位于后防撞梁區(qū)域（硬點(diǎn)）且高度上受擺錘（硬點(diǎn)）直接沖擊。如圖 2 所示， CAE 分析表明，采用傳統(tǒng) 30g/l 密度吸能塊，雷達(dá)將在低速碰撞中被擠壓失效。
3. 低速碰撞中對(duì)雷達(dá)保護(hù)性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的建立
現(xiàn)有低速碰撞性能評(píng)估方法及局限性目前，汽車開發(fā)中一般采用避讓式低速碰撞評(píng)估方法，如圖 3 所示，雷達(dá)位于防撞梁上 / 下端的安全區(qū)域，或者位于防撞梁正面，但留出足夠的避讓空間，且造型采用弧面特征，避免擺錘頭直接沖擊雷達(dá)。然而，本項(xiàng)目由于造型風(fēng)格的限制，無法采用這兩種避讓形式，需創(chuàng)建新的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)來支持設(shè)計(jì)優(yōu)化及性能判定。
電子功能件試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn) GMW3172[5] 無對(duì)雷達(dá)的直接碰撞失效相關(guān)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)及試驗(yàn)。CAE 分析缺乏對(duì)雷達(dá)低速碰撞損壞的對(duì)標(biāo)研究，CAE 分析與實(shí)際碰撞的一致性需驗(yàn)證。
等效靜態(tài)載荷理論及雷達(dá)抗沖擊性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)韓國漢陽大學(xué) GJ.Park 博士提出等效靜態(tài)載荷理論（ELSM），部件承受動(dòng)態(tài)載荷時(shí)，在某一時(shí)刻，部件發(fā)生變形從而形成一個(gè)位移場。
如果在一個(gè)靜態(tài)載荷作用下部件能夠產(chǎn)生相同的位移場，則該靜態(tài)載荷為這一動(dòng)態(tài)載荷在某一時(shí)刻的等效靜態(tài)載荷。黃武龍基于等效靜態(tài)載荷方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計(jì) 。
沖擊載荷與動(dòng)荷系數(shù)推理如圖 4 所示，在突加載荷情況下，構(gòu)件所受的應(yīng)力和應(yīng)變?yōu)殪o載時(shí)的 2 倍，即在動(dòng)荷沖擊下，零件更容易損壞。
本文基于靜壓試驗(yàn)研究雷達(dá)受力破壞情況，如圖 5 所示，雷達(dá)置于試驗(yàn)臺(tái)，緩慢加載擠壓雷達(dá)，使雷達(dá)受壓至開裂。進(jìn)行了三組試驗(yàn)，平均受力峰值約 2.1KN，擠壓變形量約 2mm。本文 CAE 分析采用沖擊形式模擬實(shí)際低速碰撞，沖擊力為靜壓時(shí)的 1/2，考慮一定安全系數(shù)（90%），因此，CAE 分析采用沖擊力為 0.94KN 做為雷達(dá)是否開裂的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。
雷達(dá)殼體采用的材料為 GMW3029P-PA6-GF30H[6]，通過分析失效應(yīng)變和 90% 屈服應(yīng)力情況，確定最大應(yīng)變 <1.5%，最大應(yīng)力 < 102Mpa 也做為雷達(dá)是否開裂的評(píng)價(jià)參考標(biāo)準(zhǔn)。
4. 低速碰撞對(duì)雷達(dá)性能保護(hù)的優(yōu)化方案
從雷達(dá)布置及低速碰撞時(shí)擺錘沖擊情況看，擺錘直接沖擊雷達(dá)，擠壓雷達(dá)和周邊零件至能量被吸收。增強(qiáng)雷達(dá)周邊零件結(jié)構(gòu)，避免雷達(dá)受沖擊運(yùn)動(dòng)過程不接觸防撞梁和吸能塊等零件是優(yōu)化的方向。
吸能塊常用材料為 EPP，GMW16214 定義了系列密度的材料。本文分布選用 60kg/m3、90kg/m3、180kg/m3。
3 種密度材料進(jìn)行 CAE 分析，研究對(duì)雷達(dá)低速碰撞防護(hù)的可行性。吸能塊密度變化對(duì)雷達(dá)保護(hù)性能分析結(jié)果如圖 6 所示，增強(qiáng)吸能塊可減小變形量，提升吸能效率。同時(shí)也表明，此項(xiàng)目的布置條件有機(jī)會(huì)實(shí)現(xiàn)低速碰撞中對(duì)雷達(dá)的保護(hù)性能。
考慮到采用 180kg/m3EPP 材料價(jià)格非常高，且無量產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，需進(jìn)行等效開發(fā)。采用 TPO GMW16826[8] 注塑吸能塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)雷達(dá)周邊結(jié)構(gòu)局部增強(qiáng)，經(jīng)過多輪的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，如圖 7 所示，注塑吸能塊可實(shí)現(xiàn)對(duì)雷達(dá)的低速碰撞保護(hù)。最大沖擊力、最大應(yīng)變和最大應(yīng)力都滿足評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，從碰撞前后雷達(dá)位置看，雷達(dá)在碰撞過程隨擺錘運(yùn)動(dòng)，沒有接觸周邊的零件。
5. 低速碰撞對(duì)雷達(dá)性能保護(hù)的優(yōu)化方案
本文對(duì)于汽車?yán)走_(dá)無法避開低速碰撞擺錘的直接沖擊開發(fā)環(huán)境，基于等效靜態(tài)載荷理論，采用靜壓試驗(yàn)方法，建立了汽車?yán)走_(dá)受損評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，通過對(duì)雷達(dá)周邊零件的材料和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，有效的實(shí)現(xiàn)了對(duì)某項(xiàng)目汽車后端雷達(dá)受低速碰撞沖擊的性能保護(hù)。
本文首次實(shí)現(xiàn)了低速碰撞中對(duì)電子功能件接觸式性能評(píng)估，相比于以往避讓式設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，有利于實(shí)現(xiàn)更具挑戰(zhàn)性的造型風(fēng)格和布置。由于時(shí)間和設(shè)備的限制，本項(xiàng)目采用零件受靜壓損壞情況來模擬受沖擊的損壞，具有創(chuàng)新性。后續(xù)將進(jìn)一步研究電子功能件受直接沖擊和擠壓的受損情況，實(shí)現(xiàn)低速碰撞中對(duì)電子功能件保護(hù)的更精準(zhǔn)的分析和更具挑戰(zhàn)的布置。