儀表板碰撞安全CAE分析簡介

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儀表板碰撞安全CAE分析簡介

2012 / 11 / 14

車輛研究測試中心技術服務處工程分析中心蔡起源

隨著生活品味的提升，車內儀表板已不再方方正正，取而代之的是線條流暢的外觀；另外，為了強化車輛的電子產品功能與乘客的娛樂需求，儀表板上也多了許多電子配備，如GPS或DVD影音系統等。當車輛發生正面碰撞或緊急煞車時，這些儀表板上的裝置都有可能增加乘客受傷的風險。雖然一般車輛都已有安全帶或空氣囊保護乘客，但若前座乘客未繫安全帶或未正確使用安全帶或坐姿不良時，乘客的頭部仍有可能與儀表板發生碰撞。為使傷害降到最低，各國大都已訂定相關規範保障乘員安全，如台灣CNS 14128、大陸GB 11552-2009、歐盟ECER21及美國FMVSS 201等等。

以歐盟ECE R21為例，前座乘客頭部可能與儀表板撞擊的區域如圖1所示。以一個可在736~840 mm範圍內調整頭部模型(直徑165 mm，重6.8 kg)頂端與關節鉸接點間尺寸之裝置，將該裝置的關節鉸接點置於座椅R點至R點向前127 mm與向上19 mm之範圍內，在前述2項調整範圍內，所有頭部模型與儀表板表面可能接觸的點皆為撞擊點。頭部模型撞擊儀表板之速度應為24.1 km/h，但若撞擊點在安全氣囊上方則為19.3 km/h，撞擊的方向則應與圖1頭部模型接觸儀表板的軌跡切線方向一致。碰撞後頭部模型的加速度不可連續3 ms(毫秒)超過80g。由於撞擊點甚多，儀表板設計開發時，通常會選擇下列較重要的撞擊點進行確認:
● 儀表板表面的堅硬結構點，如DVD影音設備上的旋鈕、DVD螢幕、冷氣出風口或其他凸點。
● 儀表板內部有堅硬結構且與頭部模型有可能碰撞的點。
● 撞擊後儀表板可能發生斷裂或破裂的點。

圖1.撞擊點選擇示意圖(側視)

該如何設計儀表板的頭部模型碰撞性能以符合規範要求呢？除了設計並試作出雛型進行實測外，運用電腦輔助工程分析(CAE，Computer Aided Engineering)的電腦模擬技術，將儀表板與頭部模型之形狀、尺寸、材料性質、質量及衝擊速度等設計資料，輸入電腦建立數值分析模型，再以結構衝擊分析軟體，即可計算出儀表板的動態變形、應力及頭部模型的加速度反應曲線等數據資料，並以動畫方式呈現出來，使設計者可以很容易地掌握各種設計條件變動的各撞擊點分析結果。