2018版C-NCAP侧面碰撞分析

2017-08-17王月肖海涛张海洋周大永刘卫国

汽车工程师 2017年1期

王月肖海涛张海洋周大永,2 刘卫国,2

（1.浙江吉利汽车研究院有限公司；2.浙江省汽车安全技术重点试验室）

近年来，随着汽车保有量的增加，交通事故的发生也随之增多，因此提高汽车安全性降低交通事故是设计者的重要任务[1]。交通事故的类型包含正面碰撞、侧面碰撞及追尾等。由于我国城市道路的交叉路口以平面交叉为主，所以侧面碰撞事故发生概率很高，据统计，各类碰撞事故发生的比例为正面碰撞59.2%，侧面碰撞27%，追尾8.1%，其他5.7%[2]。现在，对汽车碰撞安全性能的考察要求越来越严格,新车评价规程（C-NCAP）每三年进行一次调整，同时碰撞试验工况要求也进行改进。目前实施的2015版规程的侧面碰撞工况较2012版未发生变化，但2018版C-NCAP将在此基础上进行调整。文章主要对2018版C-NCAP发生的变化进行分析，并通过试验对比，总结出2018版C-NCAP侧面碰撞中结构的安全开发目标，为新车型的开发提供参考。

1 2015版与2018版C-NCAP侧面碰撞主要指标对比

2015版C-NCAP侧碰规定，移动壁障行驶方向与试验车垂直，中心线对准试验车R点（设计时的设计参考点），碰撞速度为（50+1）km/h（试验速度不得低于50 km/h）。移动壁障的纵向中垂面与通过试验车R点的横断垂面之间的距离应在±25 mm内。在驾驶员位置放置一个Euro SID II（ES2）型假人,用以测量驾驶员位置受伤害情况。在第二排座椅被撞击侧放置SID-IIs（D版）假人，用以测量第二排人员受伤害情况。而2018版C-NCAP在此基础上进行了包括试验方法和假人的情况及整体的评分方式的改进[3]，具体的2015版与2018版试验用壁障性能参数对比，如表1所示。图1示出侧碰试验壁障示意图。

表1 2015版与2018版C-NCAP试验用壁障参数对比表

图1 C-NCAP侧碰试验壁障示意图

试验方法变化：从表1可以看出，2018版C-NCAP侧碰考察更为严格，台车质量较2015版增加450 kg；壁障的离地高度较2015版抬高100 mm，原来碰撞中如果门槛可以对侧碰有支撑作用，现在基本主要靠B柱来支撑；试验的撞击点由原来的R点向后调整了250 mm，对后排假人的考核指标相对增加。

假人变化：2015版与2018版采用的假人差别，如图2所示。其中绿色为ES2假人，蓝色为World SID假人，ES2假人相对于World SID假人的高度略高，其肩部高度相差100 mm，World SID假人的肋骨、腹部及髋部均相对较宽。

图2 2015版与2018版C-NCAP假人外形尺寸变化对比图

假人伤害评价指标变化：由于试验方法和使用假人发生了变化，因此对假人伤害指标的评价也发生变化[4-5]。表2示出2015版与2018版假人伤害评价指标变化对比。其中，对于胸部、腹部及骨盆的评价指标发生了明显的变化，2018版对胸部压缩量的要求较2015版降低，但对腹部的评价指标调整为对压缩量和粘性指数的共同得分；对骨盆的耻骨力要求更为严格；将肩部的评价指标列为要求项；对背板和胸部得分修正的要求不再作为评价项。总体上分析，侧面碰撞开发的难度增加。

表2 2015版与2018版C-NCAP假人伤害评价指标变化对比表

2018版C-NCAP侧面碰撞的总分由2015版的18分调整为20分，前后排分值的权重由2015版的8∶1调整为4∶1，其中前排16分，后排4分。后排的得分位置分别为头部1分、胸部1分、腹部1分及骨盆1分。

2 试验研究

2.1 侧碰耐撞性能分析

针对某款现有车型分别采用2015版和2018版C-NCAP侧碰壁障进行测试，试验后整车变形对比，如图3所示。由于2018版侧碰可移动变形壁障撞击点后移250 mm，前车门靠近A柱区域变形减小，但B柱位置更接近撞击的中心位置，B柱受力更大，因此B柱的侵入量和侵入速度明显增加。同时由于壁障的整体尺寸及台车的质量增加，碰撞侧受到撞击的区域增大，台车的初始动能也增加，因此后车门及C柱附件均出现较大侵入及较大的侵入速度。因此2018版B柱及前后车门的变形明显，较2015版变形增加，说明2018版车门防撞梁尤其后车门未起到较好的防撞作用，因此侵入较大。

图3 2015版与2018版C-NCAP侧碰试验整车变形对比图

2.1.1 侧碰侵入速度对比分析

图4示出2015版与2018版侧碰壁障B柱侵入速度变化对比图。从图4可以看出，2018版壁障侵入速度最大为7.5 m/s（侧面碰撞主要考察0～60 m/s之间的变化），而2015版壁障最大侵入速度为6 m/s，最大侵入速度增加1.5 m/s，侵入速度最大位置均在假人的胸部和腹部区域。

图4 2015版与2018版C-NCAP侧碰试验B柱侵入速度变化对比图

图5示出2015版与2018版侧碰壁障前车门侵入速度变化。从图5可以看出，前车门2018版壁障的最大侵入速度为8 m/s，而2015版壁障最大侵入速度为6.4 m/s，最大侵入速度在对应假人腹部高度位置，增加约20%。

图5 2015版与2018版C-NCAP侧碰试验前车门侵入速度变化对比图

2.1.2 侧碰侵入量对比分析

图6示出2015版与2018版侧碰试验B柱侵入量对比图。从图6可以看出，2018版壁障B柱的侵入明显增加，最大值从原来的96mm增加到144mm，增加较大。

图6 2015版与2018版C-NCAP侧碰试验B柱侵入量对比图

2.1.3 原因分析

2015版与2018版C-NCAP侧碰试验结果对比表，如表3所示。从表3可以看出，2018版更换大壁障后，侵入量和侵入速度均明显增加且均超过前期侧碰的安全目标要求，对乘员的伤害风险增大，其主要原因在于侧碰壁障质量增加导致碰撞能量增加。根据能量计算公式其中 m=1 400 kg，v=50 km/h，计算出侧碰台车能量为135.05 kJ，较2015版增加47.3%，同时壁障高度抬高，门槛对侧碰的支撑作用减小，因此侧碰的侵入量和侵入速度明显增加。

表3 2015版与2018版C-NCAP侧碰试验结果对比表

2.2 侧碰假人伤害分析

2.2.1 得分情况

碰撞中，车身结构的侵入量及侵入速度大小直接影响车内乘员的伤害情况，而乘员的伤害情况在试验中通过假人的得分情况来体现。表4示出2018版侧碰假人得分情况，表5示出2015版侧碰假人得分情况。从表4和表5假人得分情况看，2018版和2015版侧碰假人前排得分均为满分。虽然2种侧碰所用假人发生了变化，但对假人的伤害评估方式也发生了变化；虽然侧面整体的侵入增加很大，但对假人的伤害情况影响不大。前排假人得分变得容易；而后排由于考察指标发生增加，因此后排获得满分相对困难。

表4 2018版C-NCAP侧碰假人得分情况

表5 2015版C-NCAP侧碰假人得分情况

2.2.2 假人传感器原理分析

1）胸部传感器。World SID假人胸部压缩量传感器连接肋骨与支撑板，采用伸缩轴式连接；加速度传感器处于压缩量传感器上部。图7示出World SID假人胸部传感器布置位置。World SID假人肋骨分为左右两部分，各部分中的每根肋骨均配备压缩量传感器及加速度传感器，碰撞发生时肋骨受力变形，压缩量传感器测得肋骨变形量，该值更为准确。

图7 World SID假人胸部传感器布置位置示意图

ES2假人胸部压缩量传感器连接每根肋骨的左右侧，从而测量肋骨变形量；加速度传感器处于压缩量传感器附近。图8示出ES2假人胸部传感器布置位置示意图。ES2假人的肋骨压缩量传感器连接整根肋骨的左右两侧，肋骨受力变形时测得变形量，ES2假人的肋骨为整根，所以对压缩量不是很敏感。

图8 ES2假人胸部传感器布置位置示意图

2）腹部传感器。World SID假人腹部压缩量传感器连接肋骨与支撑板，采用伸缩轴式连接，加速度传感器处于压缩量传感器上部。腹部传感器作用形式及伤害机理与肋骨部位相同，用于测量World SID假人腹部压缩量及加速度值。图9示出ES2与World SID假人胸腹区域比较[6]。

图9 ES2与World SID假人胸腹区域对比图

ES2假人腹部传感器处于腹部中间位置，如图10所示，与假人背板相连。ES2假人腹部力值传感器布置于假人腹部的前中后部位置，假人腹部受力时，力值传感器记录假人腹部前中后3个位置的力值，从而计算假人腹部的所有受力情况。

图10 ES2假人腹部传感器布置位置示意图

3 结构耐撞性目标制定

对 A，B，C 3辆不同类型汽车采用 2018版C-NCAP进行侧面碰撞试验，其中A和B车型轴距大于2 650 mm，C车型轴距小于2 650 mm，3种车型侧碰试验结果，如表6所示。从表6可以发现，2018版侧面碰撞结果与汽车的轴距具有一定的关系，如果轴距较小，C柱在碰撞中对可变形壁障具有一定的支撑作用，因此对控制碰撞的侵入量和侵入速度均有较大的帮助；如果汽车的轴距较大，C柱不在撞击区域内，则碰撞的侵入量和侵入速度均较大。因此在开发中要结合车型的实际情况制定侧面碰撞的目标。

表6 不同车型2018版C-NCAP侧面碰撞试验结果

通过对所选不同车型试验结果总结可知，对于轴距较小（＜2 650 mm）的车型，B柱位置的侵入量目标要控制在120 mm以内，侵入速度控制在7.5 m/s以内，前车门的侵入量对应假人不同位置要求不同，胸部100 mm，腹部120 mm，髋部140 mm以内。按照此目标进行汽车结构的开发可以更好的控制假人的伤害情况，对乘员保护十分有益。2005版与2018版C-NCAP侧碰侵入目标具体要求，如表7所示。