某车型FMVSS214与E-NCAP侧面柱碰撞差异

侯福震 张世凯 金龙 师玉涛

（长城汽车股份有限公司技术中心；河北省汽车工程技术研究中心）

在汽车发生侧面柱碰撞时，主要的承载力由上门槛、下门槛、车门及B 柱等结构承担，由于车内乘员距离车门内饰空间较小，较大的车身侵入量或较快的侵入速度，均给车内乘员造成巨大伤害。因此侧面柱碰撞一直是各国新车评价规程的重点考察项目，也是各主机厂对车身碰撞安全性的主要研究内容及研究难点。为研究FMVSS 214 与E-NCAP 侧面柱2 种试验工况使用同一点火策略的可行性，文章对比了其工况差异，对车体响应和车内乘员伤害情况进行了分析，在车体结构设计及约束系统匹配等方面提出优化改进建议。

1 某车型FMVSS 214与E-NCAP侧面柱试验对比

1.1 碰撞工况对比

某车型FMVSS 214 与E-NCAP 侧面柱碰撞示意图，如图1 所示[1]。从图1 可以看出，FMVSS 214 侧面柱碰撞接触位置较E-NCAP 侧面柱更靠前，距离B 柱位置更远，对侧面车体结构要求也更高。

1.2 评价指标对比

FMVSS 214 与E-NCAP 侧面柱2 种碰撞形式的评价部位均为车内乘员头部、胸部、腹部及骨盆4 部分[2]。FMVSS 214 侧面柱伤害限值与E-NCAP 低性能限值基本相同，即：如车内乘员伤害情况满足E-NCAP 侧面柱试验低性能限制要求，亦可满足FMVSS 214 侧面柱试验要求。

1.3 车体响应

1.3.1 B 柱加速度曲线对比

为研究2 种试验工况使用同一点火策略的可行性，进行了某款B 级车FMVSS 214 侧面柱碰撞试验，试验车ABM标定工况包含E-NCAP 侧面柱试验工况，不包括FMVSS 214 侧面柱试验工况。基于2 种碰撞形式下假人伤害情况更具有对比性，本次FMVSS 214 侧面柱试验采用ES-2re 假人[3]。

通过2 次试验数据分析对比可知：碰撞前期FMVSS 214 试验车右B 柱Y 向加速度曲线与E-NCAP试验基本一致，如图2 所示，说明碰撞前期2 种碰撞形式车体运动响应一致；2 次试验过程中，侧气帘和侧气囊均在18 ms 时展开，满足使用同一点火策略的条件。

1.3.2 车身侵入量对比

为研究车身和B 柱的侵入量，在车门上边缘、门中央及下门槛位置分别各选一最大变形量点，对比2 次试验车体变形情况，如表1 所示。可以看出FMVSS 214侧面柱试验车车身最大侵入量大于E-NCAP，但B 柱位置侵入量，E-NCAP 试验车大于FMVSS 214，可以说明FMVSS 214 侧面柱试验中，B 柱承载力作用低于E-NCAP。结合车体变形情况，E-NCAP 试验侵入方向为垂直于汽车纵向中心线方向，垂直向车内侵入，最大侵入量位置在碰撞基准线处；FMVSS 214 侵入方向与汽车纵向中心线成75°，斜向后方向车内侵入，最大侵入量在碰撞基准线之后。

表1 FMVSS 214 与E-NCAP 侧面柱变形量对比表mm

1.3.3 车身侵入速度

由于FMVSS 214 侧面柱碰撞位置距离B 柱更远，左B 柱Y 向加速度幅值低于E-NCAP，如图3 所示，即2 种碰撞形式下，FMVSS 214 侧面柱中左B 柱Y 向承载力低于E-NCAP，所以FMVSS 214 侧面柱中上门槛、车门及下门槛承载力较大。以B 柱中位置加速度计算车体侵入速度，2 种碰撞形式的车身侵入速度对比，如图4 所示，E-NCAP 侧面柱侵入速度最大为7 m/s，FMVSS 214 侧面柱侵入速度最大为6 m/s，FMVSS 214侧面柱侵入速度低于E-NCAP 侧面柱。

1.4 假人伤害情况对比

对某款B 级车进行E-NCAP 与FMVSS 214 侧面柱假人伤害情况对比。

1.4.1 肋骨压缩变形量

图5 示出2 种工况的肋骨压缩变形量对比，从图5 中可以看出，E-NCAP 试验上中下肋骨压缩变形量大于FMVSS 214 试验，其中0～30 ms 肋骨压缩变形量变化快慢，是2 次试验肋骨压缩变形量差异的主要原因。

依据侧碰假人肋骨构造（如图6 所示），假人肋骨受到的力（F/N）的计算式，如式（1）所示，当假人未产生侧向位移时，假人肋骨受到的力，如式（2）所示。

式中：k——弹性系数；

x——压缩距离，mm；

m——假人质量，kg；

a——加速度，g。

由式（1）和式（2）可得：x=ma/k。2 次试验为同一假人，m 和k 均相同，当假人未产生侧向位移时，x 与a 成正比例关系。所以假人未产生侧向位移（0～30 ms），E-NCAP 试验上中下肋骨压缩变形量大于FMVSS 214试验，是由于E-NCAP 上中下肋骨加速度大于FMVSS 214 所致。2 种试验的肋骨加速度对比图，如图7 所示。

1.4.2 耻骨力与腹部合力

耻骨力及腹部合力对比，如图8 和图9 所示。从图8 和图9 中可以看出，FMVSS 214 侧面柱耻骨力及腹部合力均远远大于E-NCAP。结合试验后油彩印记，如图10 所示，E-NCAP 中侧气囊可以很好地覆盖到车内乘员胸部、腹部及骨盆等保护部位；而FMVSS 214 中，由于碰撞位置靠前，侵入方向为斜向后方，所以侧气囊不能完全覆盖到车内乘员的骨盆，使车内乘员骨盆与车门内饰直接接触，导致伤害值大大增高；由于乘员腹部对应车门扶手位置，40 ms 后侧气囊被击穿，腹部合力迅速变大。

1.5 约束系统匹配适用性

由图2 可知，2 次试验前期，非碰撞侧车体加速度一致；试验后，2 次试验点火时刻相同（18 ms 处），所以2 种碰撞试验可以使用同一种点火策略。

由图4 和图6 可知，左B 柱中位置FMVSS 214 侧面柱试验车体侵入速度低于E-NCAP 侧面柱，车内乘员受力晚于E-NCAP 侧面柱，所以满足使用E-NCAP侧面柱点火策略的条件。

由图9 和图10 可知：1）FMVSS 214 侧面柱试验在40 ms 后，车内乘员腹部仍受到较大的侵入力，所以FMVSS 214 侧面柱要求侧气囊具有更长的保压时间；2）FMVSS 214 侧面柱试验假人骨盆与车门内饰直接接触，伤害值高，E-NCAP 侧面柱试验假人骨盆与侧气囊接触，伤害值较低，所以FMVSS 214 侧面柱试验要求侧气囊向前覆盖面积更大。

2 结论

1）碰撞初期（0～30 ms），FMVSS 214 与E-NCAP 侧面柱非碰撞侧加速度曲线一致；试验后，2 次试验点火时刻相同，故约束系统匹配时，可以使用同一种点火策略，不必重新进行ABM标定工作。

2）FMVSS 214 侧面柱碰撞速度高于E-NCAP，侵入方向斜向后方，侵入量也更大，车内乘员腹部及骨盆受到的侵入力作用更大，作用时间更长，所以FMVSS 214 侧面柱要求侧气囊覆盖面积更大，保压时间更长，对约束系统要求更高。建议使用带主动泄气孔的产品，便于均衡2 种碰撞形式下的车内乘员伤害。

3）FMVSS 214 侧面柱碰撞位置较E-NCAP 更靠前，B 柱承载力FMVSS 214 小于E-NCAP，所以FMVSS 214 侧面柱中要求车门、上门槛及下门槛承受的力大于E-NCAP，对汽车侧面车体结构要求更严格。假人腹部对应车门扶手位置，所以建议增加车门横梁以加强车门结构，减小FMVSS 214 侧面柱试验的侵入量；并对门内扶手造型进行一定优化，采用类似上下凸出，中部凹平型结构，达到降低车内乘员腹部及骨盆伤害的目的[4]。