基于HyperStudy的汽车前保行人保护优化
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行人碰撞保护设计在汽车产品的开发中日益受到重视。保险杠系统作为车身最前端的部件，直接与行人腿部发生碰撞，它的设计是保护行人腿部的关键[1]。本文针对行业最为严格的Euro-NCAP行人保护小腿法规要求，和某主机厂进行同步开发某款汽车的保险杠总成，利用Altair的Hyperstudy优化软件与某碰撞分析软件联合对保险杠总成重要零件的壁厚进行了DOE分析和优化分析，以求在最短的时间内寻求较优的设计方案。
2 前保总成的设计目标
对该保险杠系统，设计的目标如下：
由于整车厂已经确定了前保险杠系统的布置方案，因而想通过改变保险杠系统各零件的空间布置来改善伤害值指标的方法已经无效。本文的研究思路是：首先是根据经验确定对行人保护小腿伤害值影响较大的自主设计的零件，然后研究零件厚度对行人保护伤害值的影响，针对重要的壁厚参数进行优化设计，以较小的设计代价获得较大的改进效果。
根据经验，在前保总系统中，对行人小腿伤害值影响较大的零件有：保险杠蒙皮、泡沫吸能块、小腿防撞梁、大腿防撞梁(如图1所示)。由于同时需要考虑低速碰撞法规[2]对汽车前部的影响，设计方案中不再对泡沫吸能块进行减弱。本文通过HyperStudy的DOE模块快速分析了保险杠蒙皮壁厚、小腿防撞梁、大腿防撞梁本体及其加强筋的壁厚对行人小腿伤害值的影响灵敏度，筛选出对结果影响较为敏感的壁厚参数，然后基于筛选后的参数，利用HyperStudy的优化模块进行优化分析，从众多壁厚组合方案中获取一种能够满足客户要求的方案。
4.1 汽车前保总成模型的建立
出于仿真效率与实际情况的考虑，仅对汽车前部进行了仿真建模，主要包括：保险杠总成、引擎盖总成、前端模块总成、车灯总成及部分车身的钣金零件等。保险杠总成后部的车身使用刚体单元替代，并在刚性单元上赋予相应的车身质量和必要的约束，如图2所示。建模中单位统一使用：mm，s，ton。
对行人保护仿真模型而言，小腿冲击器的初速度为11111mm/s，沿X向。如图2所示，约束刚体单元六个方向的自由度。
4.3 接触定义
行人保护仿真模型的接触的定义主要包括：
1）前保总成零件的自接触：接触类型选择contact 36
2）小腿模型的自接触：contact 10
3）小腿模型与保险杠总成的接触：contact 33
摩擦系数：自接触模型系数定义为0.15，面面接触摩擦系数定义为0.2。
4.4 碰撞点的确定
按照Euro-NCAP(Version-5.1)法规进行碰撞区域划分，定义汽车前保Y0、角点等位置共计四个点为碰撞点，为研究关键零部件对行人小腿伤害值影响的一般规律，本文只取Y0位置（见图1）的碰撞点进行研究，然后再推广到其余碰撞点位置。
4.5 仿真结果
行人小腿与汽车前保系统碰撞后的伤害值曲线如下图所示。
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