方正

摘 要：近年來，25%正面小重疊碰撞試驗在汽車被動安全領(lǐng)域內(nèi)，受到了越來越多的關(guān)注。在中國，C-IASI（中國保險汽車安全指數(shù)）也開始進(jìn)行了正面小重疊碰撞試驗的測試與評價。本文對車輛進(jìn)行25%正面小重疊碰撞試驗的結(jié)構(gòu)侵入量進(jìn)行了數(shù)據(jù)分析，研究在碰撞過程影響車身結(jié)構(gòu)侵入量的原因，以及指出車身結(jié)構(gòu)在未來研發(fā)中的趨勢。

關(guān)鍵詞：C-IASI 25%小重疊碰撞 侵入量

Analysis of Intrusion Amount of Small Offset Car and Body Structure

Fang Zheng

Abstract：In recent years， the 25% frontal small overlap crash test has received more and more attention in the field of automobile passive safety. In China， the C-IASI （China Insurance Automotive Safety Index） has also begun to test and evaluate the frontal small overlap crash test. This paper analyzes the structure intrusion amount of the vehicle in the 25% frontal small overlap collision test， studies the reasons that affect the intrusion amount of the body structure during the collision process， and points out the trend of the body structure in the future research and development.

Key words：C-IASI， 25% small overlap collision， intrusion

1 引言

近年來，隨著世界各國汽車碰撞法規(guī)的不斷完善和消費者對汽車安全性能的日益關(guān)注，汽車碰撞安全技術(shù)得以快速發(fā)展。正面碰撞作為車輛事故中的多發(fā)類型，是造成的人員傷亡的主要事故類型。據(jù)統(tǒng)計，在美國所有汽車死亡事故中正面碰撞占了約22%，而在英國，約為27%。因此，各國的安全性法規(guī)及評價規(guī)程紛紛將正面碰撞作為測試項目納入各自的評價體系。

但在實際生活中還有一類特殊的正面碰撞即小重疊正面碰撞也時有發(fā)生，小重疊正面碰撞一般指車輛與剛性壁障重疊率小于30%的正面碰撞。據(jù)統(tǒng)計，在正面碰撞死亡事故中，小重疊正面碰撞大約占1/4。

2012年8月14日，美國高速公路安全保險協(xié)會（Insurance Institute for Highway Safety，IIHS）為了進(jìn)一步提升現(xiàn)實中正面碰撞的保護(hù)性能，頒布了汽車25%正面小重疊碰撞試驗，并制訂了其方法及評價規(guī)程。在中國，中國汽車工程研究院與中保研汽車技術(shù)研究院聯(lián)合開展了“中國保險汽車安全指數(shù)（C-IASI）”的研究工作，引入了25%正面小重疊碰撞試驗工況。

本文旨在對小重疊碰撞車輛的結(jié)構(gòu)侵入量數(shù)據(jù)和碰撞過程加以分析，并提出改進(jìn)意見。

2 正面小重疊碰撞簡介

25%正面小重疊碰撞試驗是指車輛以 64.4±1km/h的速度撞向一個固定壁障，并且與壁障的重疊面積只相當(dāng)于車身寬度的 25±1%，駕駛位用安全帶固定一個Hybrid III 50百分位假人代替受害者采集數(shù)據(jù)。由于大大減小了碰撞的面積，所以就對車輛的安全性能有了很高的要求。IIHS規(guī)定碰撞的成績分為“Good（優(yōu)秀）、Acceptable（良好）、Marginal（達(dá)標(biāo)）、Poor（不及格）”四個等級。

3 試驗中車身結(jié)構(gòu)侵入量測量與評價

安全等級主要受四個因素影響：假人、生存空間、安全氣囊和安全帶。本文主要對生存空間因素中的部分進(jìn)行分析。生存空間因素指的是汽車的乘員艙經(jīng)過碰撞擠壓后會發(fā)生形變而變小;而形變越小時，安全氣囊和安全帶就越會起到作用。所以生存空間在試驗測評中也非常重要。

3.1 車身結(jié)構(gòu)侵入量測量

25%正面小重疊碰撞試驗采用靜態(tài)測量的方式對車身結(jié)構(gòu)進(jìn)行評價，通過測量車身上所指定的點在碰撞前后的位移來進(jìn)行評價比較。選取內(nèi)飾上7個點、車身上3組點的變形量進(jìn)行評價。乘員艙下部分區(qū)域包含：A柱下鉸鏈（3個點）、左側(cè)擱腳板、左防火墻、制動踏板、駐車制動踏板（無駐車制動則不測量）和門檻（3個點）;乘員艙上部分包含：轉(zhuǎn)向管柱、A柱上鉸鏈（3個點）、上儀表臺、左儀表板。各點的位置如圖1所示。

3.2 車身結(jié)構(gòu)評價

25%正面小重疊碰撞試驗評價包含車輛約束系統(tǒng)、假人傷害、車輛結(jié)構(gòu)三個方面的評價。車身結(jié)構(gòu)侵入量的評價，需要測量駕駛員乘員艙變形量，將其作為一個重要的耐沖撞性能指標(biāo)。通過試驗前后所測量的乘員艙的上半部分和下半部分兩個區(qū)域中各點的侵入量進(jìn)行比較評價。車身結(jié)構(gòu)評價等級取決于具體的侵入量測量值與圖2中等級評價指導(dǎo)指標(biāo)比對所得。

4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

4.1 結(jié)構(gòu)測量數(shù)據(jù)統(tǒng)計

根據(jù)實驗室以往所做的25%正面小重疊碰撞試驗隨機(jī)選取了30組結(jié)構(gòu)測量數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)評價做出統(tǒng)計，車身上的點中，A柱上鉸鏈、A柱下鉸鏈優(yōu)秀率分別為25.8%和41.9%，表現(xiàn)較差，門檻點優(yōu)秀率為64.5%，表現(xiàn)平平。內(nèi)飾上兩點——上儀表板、左儀表板的點優(yōu)秀率分別為25.8%和22.6%，表現(xiàn)也同樣較差。

4.2 問題分析

在25%小重疊碰撞的特殊工況下，對現(xiàn)有車型的車身結(jié)構(gòu)設(shè)計、假人腿部生存空間、氣囊氣簾以及安全帶等約束系統(tǒng)都提出了新的挑戰(zhàn)和要求。車身結(jié)構(gòu)的挑戰(zhàn)主要表現(xiàn)在以下 2個方面。

4.2.1 碰撞面積減小

25%正面小重疊碰撞測試與全寬正面碰撞和40%正面偏置碰撞測試相比，碰撞面積大大減小。在傳統(tǒng)正面碰撞過程中，前縱梁起著及其重要的作用，它發(fā)生變形，且在前部組件中吸能最多[1]。但如圖4可以看出，在25%小重疊碰撞中，汽車前縱梁未能參與碰撞過程，只發(fā)生了輕微的內(nèi)側(cè)彎曲，所以在該形式的碰撞中，前縱梁無法吸收碰撞時產(chǎn)生的能量。

4.2.2 侵入量增加

碰撞對汽車的損壞最先是從保險杠、懸掛、車輪等非承載力結(jié)構(gòu)部位開始的，然后直接破壞車身A柱結(jié)構(gòu)，造成駕駛員側(cè)的結(jié)構(gòu)嚴(yán)重受損變形，乘員艙侵入量大大增加，如圖4所示。潰縮不足的轉(zhuǎn)向柱、變形的內(nèi)飾零部件，以及車輪和懸掛的擠壓侵入都會加大對假人的傷害。

在試驗中，壁障將直接撞擊車輛A柱，由A柱將能量直接傳遞至門檻，所以導(dǎo)致A柱上鉸鏈、A柱下鉸鏈與門檻點的侵入量不理想。

5 原因分析與建議

5.1 高速攝像分析試驗過程

針對上述中存在的結(jié)構(gòu)侵入量問題，使用高速攝像分析25%小重疊碰撞的碰撞過程，可分為以下兩個階段。

在碰撞第一階段，兩車保險杠與壁障接觸時，此時保險杠進(jìn)行吸能，兩車并未有任何區(qū)別。

在碰撞第二階段中，壁障達(dá)到A柱結(jié)構(gòu)區(qū)域時，試驗1的車輛發(fā)生了明顯地向右側(cè)偏移;而試驗2車輛的A柱區(qū)域與壁障進(jìn)行了剛性接觸，A柱區(qū)域變形十分嚴(yán)重，并且車身以壁障圓柱為中心，發(fā)生了旋轉(zhuǎn)。

兩車碰撞示意如圖5所示。可以看出，先是保險杠接觸，受力擠壓變形，在兩車前縱梁均不受力未起到吸能作用的情況下，試驗1車輛的shotgun結(jié)構(gòu)起到了引導(dǎo)作用，使得汽車與壁障之間產(chǎn)生了側(cè)向位移，位移后的壁障將輪轂擠斷，避免了車輪向乘員艙內(nèi)進(jìn)行擠壓，大大減小了對門檻和車輛A柱的侵入量。而試驗2車輛在碰撞過程中，shotgun結(jié)構(gòu)未起到引導(dǎo)作用，壁障向后擠壓，帶著車輪侵入乘員艙，導(dǎo)致了門檻和車輛A柱的侵入量表現(xiàn)不佳。

5.2 結(jié)構(gòu)分析

本田CRV早期針對小偏置兼容性正面碰撞做過相關(guān)研究，其設(shè)計思想是使shotgun、前縱梁及前保險杠橫梁之間形成封閉環(huán)狀結(jié)構(gòu)，使之能更高效地傳遞碰撞載荷[2]。

圖6為兩車前艙結(jié)構(gòu)，對車輛前艙結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)兩車前部shotgun、前縱梁及前保險杠橫梁之間均形成了封閉環(huán)狀結(jié)構(gòu)。但試驗1車輛的shotgun和前縱梁平順連接并帶有一定角度，平滑過度;而試驗2車輛的shotgun和前縱梁之間為錯位連接，呈階梯狀，使得碰撞時，壁障與shotgun直接發(fā)生剛性接觸而壓潰，將能量傳遞至A柱，侵入量加大。

5.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計建議

結(jié)構(gòu)設(shè)計時，建議使shotgun、前縱梁及前保險杠橫梁之間形成封閉環(huán)狀結(jié)構(gòu)，使之能更高效地傳遞碰撞載荷。并且將shotgun以平滑過渡形式延長，與前縱梁連接，引導(dǎo)車輛產(chǎn)生側(cè)向位移，進(jìn)而減小門檻及A柱上下鉸鏈的侵入量。

6 結(jié)論

與傳統(tǒng)的正面碰撞形式來比較，在進(jìn)行25%小重疊碰撞時，汽車前縱梁未能參與碰撞過程，只發(fā)生了輕微的內(nèi)側(cè)彎曲，前縱梁無法吸收碰撞時產(chǎn)生的能量。而只靠保險杠和shotgun來吸收能量的情況下，在碰撞時，汽車輪胎會被壁障直接擠壓，進(jìn)而加大門檻和A柱上下鉸鏈的侵入量。

應(yīng)對25%小重疊碰撞，建議將shotgun以平滑過渡形式延長，與前縱梁連接，引導(dǎo)車輛產(chǎn)生側(cè)向位移，進(jìn)而減小門檻及A柱上下鉸鏈的侵入量。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱其文，張子鵬，魏曉辰.《汽車前部部件的碰撞吸能能力分析》.汽車工程師2014（5）.

[2]Honda? Motor Co.Ltd.? Tokyo. AUTOMOBILE? FRONT BODY STRUCTURE： United States， US20070176443[P].2008-12-30.