王立民 黃志剛 肖丕林

1.中國(guó)汽車(chē)技術(shù)研究中心有限公司 天津市 300300 2.天津眾檢機(jī)動(dòng)車(chē)鑒定評(píng)估有限公司 天津市 300171

1 引言

盡管計(jì)算機(jī)虛擬仿真技術(shù)使用越來(lái)越廣泛，實(shí)車(chē)碰撞試驗(yàn)在被動(dòng)安全領(lǐng)域仍有著不可替代的作用。在車(chē)輛開(kāi)發(fā)階段，需要按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行大量實(shí)車(chē)碰撞試驗(yàn)收集假人傷害值、視頻照片、氣囊標(biāo)定相關(guān)參數(shù)等大量數(shù)據(jù)，并與仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。實(shí)車(chē)碰撞試驗(yàn)是判定一輛汽車(chē)被動(dòng)安全性能最有效的方式，能最直觀地展示車(chē)輛出現(xiàn)碰撞事故后可能出現(xiàn)的結(jié)果，向研發(fā)人員提供最準(zhǔn)確的在相應(yīng)工況下的試驗(yàn)數(shù)據(jù)包括車(chē)輛損傷情況，車(chē)身結(jié)構(gòu)變形情況，高壓電安全和假人傷害情況。同時(shí)，實(shí)車(chē)碰撞試驗(yàn)數(shù)據(jù)是最重要的仿真參數(shù)來(lái)源之一，準(zhǔn)確的試驗(yàn)數(shù)據(jù)能幫助優(yōu)化仿真模型，給出更準(zhǔn)確的仿真結(jié)果。目前來(lái)看，各國(guó)各地區(qū)的被動(dòng)安全準(zhǔn)入法規(guī)和評(píng)價(jià)體系均是以實(shí)車(chē)碰撞試驗(yàn)結(jié)果為準(zhǔn)。

實(shí)車(chē)試驗(yàn)最大的弊端在于成本過(guò)高。與其他車(chē)輛開(kāi)發(fā)試驗(yàn)不同，碰撞試驗(yàn)特別是高速碰撞試驗(yàn)會(huì)造成車(chē)輛不可逆的結(jié)構(gòu)變形及損傷。在研發(fā)階段，車(chē)企要按照標(biāo)準(zhǔn)完成正面、側(cè)面等大量碰撞試驗(yàn)。因此，車(chē)企進(jìn)行實(shí)車(chē)碰撞試驗(yàn)除了要付出試驗(yàn)費(fèi)用外還要承擔(dān)大量樣車(chē)制造帶來(lái)的成本。在當(dāng)下汽車(chē)產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈，單車(chē)?yán)麧?rùn)不斷下挫的狀況下，過(guò)高的研發(fā)成本無(wú)疑會(huì)給車(chē)企帶來(lái)巨大的經(jīng)營(yíng)壓力。通過(guò)科學(xué)合理的方法對(duì)車(chē)輛進(jìn)行評(píng)估，結(jié)合有針對(duì)性的必要修復(fù)，利用試驗(yàn)后車(chē)身相對(duì)完好的部位完成二次試驗(yàn)，既保證了試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，又能節(jié)省樣車(chē)，降低車(chē)企的試驗(yàn)成本。目前來(lái)看，大眾、福特、馬自達(dá)等廠家在研發(fā)試驗(yàn)階段都有碰撞樣車(chē)重復(fù)使用的經(jīng)驗(yàn)?？偨Y(jié)車(chē)輛修復(fù)和試驗(yàn)安排的經(jīng)驗(yàn)方法，對(duì)于推廣碰撞樣車(chē)重復(fù)利用，幫助車(chē)企降低成本具有重要意義。

2 碰撞試驗(yàn)中的維修工作概述

用途和目的不同使得應(yīng)用于碰撞試驗(yàn)中的車(chē)輛修復(fù)和傳統(tǒng)意義上的汽車(chē)維修有很大不同。一般來(lái)講，4s 店和汽修店對(duì)車(chē)輛的維修是利用各種技術(shù)排查故障原因，并采取措施使車(chē)輛恢復(fù)外觀上、功能上的完好狀況。常規(guī)車(chē)輛維修是以實(shí)現(xiàn)正常駕駛等基本功能為主要目的。而在被動(dòng)安全研發(fā)測(cè)試領(lǐng)域，駕駛功能則并不是必須的，試驗(yàn)車(chē)輛通常由牽引系統(tǒng)拖拽來(lái)達(dá)到預(yù)設(shè)速度。對(duì)于大多數(shù)經(jīng)歷過(guò)一次試驗(yàn)準(zhǔn)備二次試驗(yàn)的車(chē)輛，并不需要達(dá)到完好無(wú)損的車(chē)輛狀況。例如，某一試驗(yàn)樣車(chē)做完高速正碰后計(jì)劃使用該車(chē)再執(zhí)行一次側(cè)面碰撞。此時(shí)，雖然前機(jī)蓋、翼子板、前保險(xiǎn)杠、前縱梁等部件均出現(xiàn)嚴(yán)重塑性變形，但由于側(cè)碰撞擊位置主要集中于車(chē)門(mén)附近，前機(jī)艙部件狀態(tài)對(duì)側(cè)碰試驗(yàn)結(jié)果幾乎毫無(wú)影響，故而不需要對(duì)上述劇烈變形的部件進(jìn)行更換或維修。因此，二次碰撞試驗(yàn)前的修復(fù)相比于傳統(tǒng)車(chē)輛修復(fù)更為簡(jiǎn)便，維修成本大幅降低。如圖1 所示，按2018 版CNCAP 正碰標(biāo)準(zhǔn)以50km/h 高速撞擊固定壁障后，前機(jī)艙嚴(yán)重變形，但紅框中的乘員艙和后備箱等結(jié)構(gòu)保存完好。

圖1 2018 版CNCAP 正碰試驗(yàn)后的車(chē)輛狀況

應(yīng)用于碰撞試驗(yàn)中的車(chē)輛修復(fù)是以滿(mǎn)足下一次碰撞試驗(yàn)的要求為前提，在盡量降低成本的情況下進(jìn)行的車(chē)輛清理維修工作。根據(jù)一次試驗(yàn)的損傷情況和二次試驗(yàn)的特性要求制定維修方案才是碰撞試驗(yàn)中維修工作的重中之重。

3 碰撞試驗(yàn)中的維修工作具體應(yīng)用

通過(guò)長(zhǎng)期以來(lái)大量的相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)，本文總結(jié)了一些應(yīng)用于碰撞試驗(yàn)中的車(chē)輛維修的經(jīng)驗(yàn)方法。以試驗(yàn)樣車(chē)在一次高速正碰后準(zhǔn)備二次側(cè)面碰撞試驗(yàn)為例，修復(fù)過(guò)程通常分為清理、支架安裝、配重、車(chē)輛姿態(tài)調(diào)節(jié)、低壓電路維修等方面。

在高速正碰后的修復(fù)階段要拆除嚴(yán)重變形的前機(jī)蓋、翼子板、前保險(xiǎn)杠。清理各種撞損的塑料件碎片，如前圍、儲(chǔ)油/液罐、車(chē)燈、冷卻風(fēng)扇等。在剩余的車(chē)身框架，如翼子板承載支架或縱梁前端上焊接或用螺栓固定支架。支架上用于搭載數(shù)據(jù)采集設(shè)備或配重塊等。碰撞試驗(yàn)前，試驗(yàn)車(chē)輛都會(huì)有整備質(zhì)量和目標(biāo)試驗(yàn)質(zhì)量等參數(shù)。由于前機(jī)艙拆除了大量損壞部件，前軸質(zhì)量變小，一般需要對(duì)前軸進(jìn)行配重。支架安裝高度不宜過(guò)高，避免過(guò)多影響車(chē)輛重心的高度。

目前絕大多數(shù)乘用車(chē)都采用承載式車(chē)身結(jié)構(gòu)，車(chē)身是由各部件焊接在一起的完整剛性體。汽車(chē)中的彈性元件主要集中在懸架部分。在碰撞檢測(cè)領(lǐng)域，定義車(chē)輛姿態(tài)的參數(shù)主要是門(mén)檻高度。門(mén)檻高度在側(cè)面碰撞，特別是采用移動(dòng)吸能壁障（MDB）的側(cè)面碰撞中是非常重要的試驗(yàn)參數(shù)之一。由于臺(tái)車(chē)上蜂窩鋁的離地高度是標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的固定值，在某種MDB 工況下，門(mén)檻高度不同，臺(tái)車(chē)撞擊位置出現(xiàn)不同，假人傷害值也會(huì)出現(xiàn)差異。嚴(yán)重的門(mén)檻過(guò)高會(huì)導(dǎo)致車(chē)輛重心偏高，在MDB 碰撞中出現(xiàn)側(cè)翻的風(fēng)險(xiǎn)。

對(duì)于一輛完好的汽車(chē)，車(chē)輛承載質(zhì)量不同，門(mén)檻高度不同，承載質(zhì)量越大，門(mén)檻高度越低。車(chē)輛前懸分布在前輪附近，位于前機(jī)艙，高速正碰試驗(yàn)時(shí)，懸架受到?jīng)_擊，可能會(huì)產(chǎn)生一定變形。這時(shí)，即便通過(guò)配重使得車(chē)輛總重和前后軸荷都符合設(shè)計(jì)要求，各門(mén)檻高度與新車(chē)在同樣承載質(zhì)量下的門(mén)檻高度也可能存在差異。這時(shí)需要通過(guò)調(diào)節(jié)門(mén)檻高度對(duì)車(chē)身姿態(tài)進(jìn)行校準(zhǔn)。二次試驗(yàn)的要求在于盡可能的還原新車(chē)的試驗(yàn)狀態(tài)，如果門(mén)檻高度沒(méi)有設(shè)計(jì)值，可以在試驗(yàn)前把新車(chē)配重到目標(biāo)試驗(yàn)質(zhì)量，實(shí)際測(cè)量門(mén)檻高度并記錄，用于指導(dǎo)后續(xù)側(cè)碰試驗(yàn)。

對(duì)于低壓電源布置在前機(jī)艙的車(chē)輛來(lái)說(shuō)，前機(jī)艙容納了各類(lèi)線束和12V 鉛酸蓄電池、保險(xiǎn)盒、大燈、起動(dòng)機(jī)等電源電器。高速正碰試驗(yàn)可能會(huì)造成這些零部件嚴(yán)重受損。試驗(yàn)后需要針對(duì)下個(gè)試驗(yàn)需求對(duì)部分線路進(jìn)行修復(fù)。如恢復(fù)12V 電源供電功能，保障車(chē)輛正常低壓上電、儀表板點(diǎn)亮顯示狀態(tài)、為ECU 工作供電、為安全帶氣囊點(diǎn)爆供電、車(chē)輛車(chē)門(mén)落鎖等等。

經(jīng)過(guò)上述步驟修復(fù)操作的試驗(yàn)后車(chē)輛基本可以用于準(zhǔn)備后續(xù)試驗(yàn)。

4 新能源車(chē)輛高壓系統(tǒng)維修工作

面對(duì)能源和環(huán)境等方面的重重壓力，新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)得到各國(guó)政府的廣泛支持。各個(gè)車(chē)企推出越來(lái)越多的新能源車(chē)型，使得在車(chē)輛檢測(cè)試驗(yàn)領(lǐng)域和研發(fā)試驗(yàn)領(lǐng)域新能源車(chē)輛的占比越來(lái)越高。

根據(jù)GB/T31498-2021《電動(dòng)汽車(chē)碰撞后安全要求》，車(chē)輛高壓電安全是碰撞試驗(yàn)中重要的考察項(xiàng)目。在試驗(yàn)前需要使車(chē)輛負(fù)載端接入高壓電，處于上Ready 的工作狀態(tài)。因此，對(duì)于準(zhǔn)備二次試驗(yàn)的新能源車(chē)輛，除了常規(guī)修復(fù)步驟外，還需要對(duì)車(chē)輛進(jìn)行高壓系統(tǒng)修復(fù)，使車(chē)輛能夠上Ready。高速碰撞試驗(yàn)難免損壞各類(lèi)高壓部件。試驗(yàn)后的新能源車(chē)輛本就存在漏電、起火的風(fēng)險(xiǎn)，屬于試驗(yàn)室中的高等危險(xiǎn)源。新能源車(chē)輛高壓系統(tǒng)維修成為碰撞試驗(yàn)中車(chē)輛修復(fù)的難點(diǎn)。

進(jìn)行高壓系統(tǒng)維修前，需要對(duì)碰撞后車(chē)輛的電安全進(jìn)行測(cè)量和判定。首先對(duì)負(fù)載端電壓進(jìn)行測(cè)量，觀察試驗(yàn)后車(chē)輛自動(dòng)斷電功能是否啟動(dòng)，負(fù)載端線路是否還攜帶高壓電。之后，對(duì)車(chē)輛進(jìn)行物理防護(hù)方面的檢測(cè)，包括使用GB/T4208 定義的關(guān)節(jié)測(cè)試指（IPXXB）進(jìn)行直接接觸檢測(cè)，和低電阻計(jì)進(jìn)行間接接觸檢測(cè)，判斷外露可導(dǎo)電部分與電平臺(tái)之間是否處于等電勢(shì)。確定車(chē)輛安全后，可以對(duì)車(chē)輛進(jìn)行拆解維修等工作。

車(chē)輛拆解后，首先對(duì)高壓系統(tǒng)線束及高壓相關(guān)模塊進(jìn)行檢查，對(duì)碰撞中出現(xiàn)的高壓線束等破損處進(jìn)行絕緣修復(fù)，高壓系統(tǒng)模塊的損壞，如為不修復(fù)的狀態(tài)，則進(jìn)行相應(yīng)替換。當(dāng)然一般的高壓模塊進(jìn)行匹配后可實(shí)現(xiàn)一件多車(chē)用，同樣減少試驗(yàn)成本。

在高壓系統(tǒng)維修中，模塊的正常供電及通訊是修復(fù)的重中之重，在高壓系統(tǒng)的控制邏輯中，模塊之間的通訊是車(chē)輛的“神經(jīng)系統(tǒng)”，“神經(jīng)系統(tǒng)”的修復(fù)貫穿整個(gè)修復(fù)過(guò)程，如通訊出現(xiàn)問(wèn)題，根據(jù)通訊線束損壞的不同形態(tài)，會(huì)出現(xiàn)單個(gè)或多個(gè)模塊之間通訊“癱瘓”，在修復(fù)中可參照通訊拓?fù)鋱D進(jìn)行系統(tǒng)性檢查修復(fù)。

高壓系統(tǒng)的存在再加上智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)的普及使得現(xiàn)代車(chē)輛的電子化程度越來(lái)越高，車(chē)輛內(nèi)部通信線路和電子架構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，車(chē)輛維修的難度也日益增加。隨著技術(shù)的進(jìn)步，電子診斷技術(shù)在新能源車(chē)輛維修中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。在無(wú)需拆解或診斷系統(tǒng)通訊修復(fù)完成后，能夠?qū)?chē)輛內(nèi)部電子系統(tǒng)進(jìn)行全域快速診斷和故障精準(zhǔn)識(shí)別，通過(guò)存儲(chǔ)故障碼和直觀的參考數(shù)據(jù)為維修人員提供指導(dǎo)，幫助他們判斷故障類(lèi)型和位置，更加準(zhǔn)確和高效地制定維修方案并處理汽車(chē)故障，大大提高維修效率。

5 精細(xì)試驗(yàn)安排

得益于世界范圍內(nèi)各國(guó)政府和消費(fèi)者對(duì)車(chē)輛安全性的重視程度日益提高，汽車(chē)碰撞安全領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展日新月異。越來(lái)越多的國(guó)家和地區(qū)推出了適用于自身狀況的法規(guī)或NCAP（新車(chē)評(píng)價(jià)規(guī)程）標(biāo)準(zhǔn)。車(chē)企在研發(fā)階段通常不止參考一種碰撞標(biāo)準(zhǔn)。一套碰撞試驗(yàn)往往包含高速、低速等多種類(lèi)型的試驗(yàn)。所以，精細(xì)合理的試驗(yàn)安排配合車(chē)輛修復(fù)能最大限度地提高試驗(yàn)樣車(chē)使用價(jià)值。

安排試驗(yàn)矩陣時(shí)首先要遵循的準(zhǔn)則是頭部試驗(yàn)要保證后部試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)構(gòu)的完整性?，F(xiàn)代汽車(chē)在設(shè)計(jì)、選材、制造等領(lǐng)域越來(lái)越多的融入了提升被動(dòng)安全性的考量，多采用“籠氏設(shè)計(jì)”。前機(jī)艙和后備箱作為“沖擊潰縮區(qū)”，在遭受碰撞時(shí)，通過(guò)穩(wěn)定的非線性大變形吸收動(dòng)能。而乘員艙不僅在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上被重點(diǎn)加強(qiáng)，從選材上更是使用高強(qiáng)鋼或超高強(qiáng)鋼制作A 柱，B 柱、門(mén)檻等相關(guān)部件，目的在于形成牢固的框架結(jié)構(gòu)，為車(chē)內(nèi)乘員提供完整的生存空間。因此，乘員艙屬于車(chē)身上不易變形的“高強(qiáng)保護(hù)區(qū)”。在正面碰撞后，試驗(yàn)樣車(chē)除前機(jī)艙受損嚴(yán)重外，乘員艙和后備箱通常能夠保存完整，能夠用于執(zhí)行二次試驗(yàn)。如果在正面碰撞中，A 柱、門(mén)框等部件出現(xiàn)嚴(yán)重彎曲變形，則不適用于進(jìn)行二次側(cè)面碰撞，可考慮用于執(zhí)行后碰試驗(yàn)。

綜上所述，正面碰撞對(duì)乘員艙損傷較小，而在側(cè)面碰撞中，乘員艙直接承受可移動(dòng)壁障或剛性柱的撞擊。B 柱、門(mén)檻和車(chē)門(mén)出現(xiàn)大范圍彎曲變形，乘員艙結(jié)構(gòu)嚴(yán)重受損。因此，正面碰撞后可以安排側(cè)面碰撞試驗(yàn)，側(cè)面碰撞試驗(yàn)后不能安排正面碰撞試驗(yàn)，可酌情安排后碰試驗(yàn)。

碰撞試驗(yàn)車(chē)輛上難免會(huì)安裝大量數(shù)據(jù)采集設(shè)備，包括車(chē)載傳感器信號(hào)采集設(shè)備、高速視頻采集設(shè)備等。如果后續(xù)試驗(yàn)有后碰的安排，則執(zhí)行前期試驗(yàn)時(shí)使用的設(shè)備不能用螺栓安裝在后備箱地板。因?yàn)楹笈鲈囼?yàn)主要考察的結(jié)構(gòu)是后備箱及油箱，在后備箱底板上打孔會(huì)破環(huán)該位置結(jié)構(gòu)，對(duì)試驗(yàn)造成不良影響?？梢栽诤蟊ｋU(xiǎn)杠上焊接支架用于固定設(shè)備，等到準(zhǔn)備后碰試驗(yàn)時(shí)，更換新的后保即可。

通過(guò)大量試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，速度低于15km/h 的碰撞試驗(yàn)，如前后RCAR 試驗(yàn)、氣囊標(biāo)定全寬正碰試驗(yàn)等，試驗(yàn)后車(chē)輛損傷主要集中在前后保險(xiǎn)杠和前后塑料圍板。通過(guò)更換這些損壞變形的部件可以復(fù)原車(chē)輛至完好的狀態(tài)。所以在高速試驗(yàn)前可以安排低速試驗(yàn)。對(duì)試驗(yàn)車(chē)輛利用最充分的試驗(yàn)安排可以是（按先后次序執(zhí)行）：前RCAR、后RCAR、高速正碰、左側(cè)面碰撞、右側(cè)面碰撞、高速追尾試驗(yàn)。

6 結(jié)論

通過(guò)合理的車(chē)輛修復(fù)和科學(xué)的試驗(yàn)安排能實(shí)現(xiàn)碰撞樣車(chē)的重復(fù)利用，有效節(jié)省車(chē)企研發(fā)成本。隨著新能源車(chē)型的增多和普及，新能源車(chē)輛的維修在車(chē)輛維修中的占比越來(lái)越高。高壓系統(tǒng)的存在和電子架構(gòu)的日益復(fù)雜使得新能源車(chē)輛的維修難度遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)車(chē)輛。通訊拓?fù)鋱D和電子診斷技術(shù)的使用能有效提高高壓系統(tǒng)維修的效率。