由于汽車造型和布置限制，汽車雷達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，采用靜壓試驗方法，建立了汽車雷達受損評價標準，通過對雷達周邊零件的材料和結構優(yōu)化設計，有效的實現(xiàn)了對某項目汽車后端雷達受低速碰撞沖擊的性能保護。本文創(chuàng)建的汽車雷達在低速碰撞性能評價方法及方案優(yōu)化過程，對汽車設計具有一定的指導作用。

隨著汽車智能化的發(fā)展，越來越多的電子功能件應用于汽車前后端。ADAS 是利用安裝于車上的各式各樣的傳感器，如雷達、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杠、側視鏡、駕駛室內(nèi)部或者擋風玻璃上，可以實現(xiàn)輔助泊車、碰撞預警、自動巡航駕駛、偏道報警等功能。

1.  汽車后端雷達受低速碰撞沖擊的性能保護
現(xiàn)有低速碰撞國家標準 GB17354-1998 實施于 1999 年，沒有定義在 4km/h 以下低速碰撞時對 ADAS 中雷達等的保護。泛亞汽車技術中心有限公司對低速碰撞中電子功能件的保護進行了多年的研究，考慮降低售后維修成本和提升行車安全性，創(chuàng)建了對電子功能件低速碰撞保護的企業(yè)標準，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價標準。中國汽車標準委員會已開始啟動低速碰撞國標修訂工作，很可能將對電子功能件保護作為修訂考慮內(nèi)容 。

本文介紹了某車型開發(fā)中由于造型和布置限制，汽車雷達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，采用準靜壓試驗方法，建立了汽車雷達受損評價標準，通過對雷達周邊零件的材料和結構優(yōu)化設計，有效的實現(xiàn)了對該項目汽車后端雷達受低速碰撞沖擊的性能保護。對于雷達抗沖擊性研究及低速碰撞性能保護開發(fā)具有指導意義。

2.  汽車雷達布置及低速碰撞性能介紹
中國低速碰撞保護法規(guī)采用基準高度為 445mm 的擺錘配整車整備質(zhì)量，對車輛前 / 后端進行 4km/h 縱向碰撞和 2.5km/h“車角” 碰撞，如圖 1 所示，要求：（1）照明和信號裝置應能繼續(xù)正常工作并清晰可見。如果出廠時安裝好的照明裝置失調(diào)，允許進行調(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，應允許更換燈泡。（2）發(fā)動機罩、行李箱蓋和車門應能正常開閉。車輛的側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)應無泄漏，不發(fā)生油、水路堵塞，其密封裝置與油、水箱蓋亦應能正常工作。（4）車輛的排氣系統(tǒng)不應有妨礙其正常工作的損壞或錯位。（5）車輛的傳動系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)（包括輪胎）、轉向和制動系統(tǒng)應保持良好的調(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的輕微碰撞。雷達在低速碰撞中損壞，需要較高的維修費用。有時損壞不易被察覺，在使用智能駕駛模式時會出現(xiàn)誤報，甚至會影響行車安全，造成二次事故。

因此，考慮在低速碰撞中對雷達的保護是非常有必要的。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。如何有效的保護雷達等電子功能件在低速碰撞中不損壞是開發(fā)的難點。

本項目中由于造型特點，保險杠蒙皮采用上下分片結構，由于雷達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）且高度上受擺錘（硬點）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，雷達將在低速碰撞中被擠壓失效。

3.  低速碰撞中對雷達保護性能評價標準的建立
現(xiàn)有低速碰撞性能評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估方法，如圖 3 所示，雷達位于防撞梁上 / 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。然而，本項目由于造型風格的限制，無法采用這兩種避讓形式，需創(chuàng)建新的評價標準來支持設計優(yōu)化及性能判定。

電子功能件試驗標準 GMW3172[5] 無對雷達的直接碰撞失效相關試驗標準及試驗。CAE 分析缺乏對雷達低速碰撞損壞的對標研究，CAE 分析與實際碰撞的一致性需驗證。

等效靜態(tài)載荷理論及雷達抗沖擊性評價標準韓國漢陽大學 GJ.Park 博士提出等效靜態(tài)載荷理論（ELSM），部件承受動態(tài)載荷時，在某一時刻，部件發(fā)生變形從而形成一個位移場。

如果在一個靜態(tài)載荷作用下部件能夠產(chǎn)生相同的位移場，則該靜態(tài)載荷為這一動態(tài)載荷在某一時刻的等效靜態(tài)載荷。黃武龍基于等效靜態(tài)載荷方法實現(xiàn)了對大型復雜結構的輕量化設計 。

沖擊載荷與動荷系數(shù)推理如圖 4 所示，在突加載荷情況下，構件所受的應力和應變?yōu)殪o載時的 2 倍，即在動荷沖擊下，零件更容易損壞。

本文基于靜壓試驗研究雷達受力破壞情況，如圖 5 所示，雷達置于試驗臺，緩慢加載擠壓雷達，使雷達受壓至開裂。進行了三組試驗，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際低速碰撞，沖擊力為靜壓時的 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 做為雷達是否開裂的評價標準。

雷達殼體采用的材料為 GMW3029P-PA6-GF30H[6]，通過分析失效應變和 90% 屈服應力情況，確定最大應變 <1.5%，最大應力 < 102Mpa 也做為雷達是否開裂的評價參考標準。

4.  低速碰撞對雷達性能保護的優(yōu)化方案
從雷達布置及低速碰撞時擺錘沖擊情況看，擺錘直接沖擊雷達，擠壓雷達和周邊零件至能量被吸收。增強雷達周邊零件結構，避免雷達受沖擊運動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 種密度材料進行 CAE 分析，研究對雷達低速碰撞防護的可行性。吸能塊密度變化對雷達保護性能分析結果如圖 6 所示，增強吸能塊可減小變形量，提升吸能效率。同時也表明，此項目的布置條件有機會實現(xiàn)低速碰撞中對雷達的保護性能。

考慮到采用 180kg/m3EPP 材料價格非常高，且無量產(chǎn)經(jīng)驗，需進行等效開發(fā)。采用 TPO GMW16826[8] 注塑吸能塊，實現(xiàn)對雷達周邊結構局部增強，經(jīng)過多輪的結構優(yōu)化，如圖 7 所示，注塑吸能塊可實現(xiàn)對雷達的低速碰撞保護。最大沖擊力、最大應變和最大應力都滿足評價標準，從碰撞前后雷達位置看，雷達在碰撞過程隨擺錘運動，沒有接觸周邊的零件。

5.  低速碰撞對雷達性能保護的優(yōu)化方案
本文對于汽車雷達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，采用靜壓試驗方法，建立了汽車雷達受損評價標準，通過對雷達周邊零件的材料和結構優(yōu)化設計，有效的實現(xiàn)了對某項目汽車后端雷達受低速碰撞沖擊的性能保護。

本文首次實現(xiàn)了低速碰撞中對電子功能件接觸式性能評估，相比于以往避讓式設計和評價標準，有利于實現(xiàn)更具挑戰(zhàn)性的造型風格和布置。由于時間和設備的限制，本項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)將進一步研究電子功能件受直接沖擊和擠壓的受損情況，實現(xiàn)低速碰撞中對電子功能件保護的更精準的分析和更具挑戰(zhàn)的布置。