基于LS-DYNA的C-NCAP和C-IASI 侧碰约束系统兼容性研究

周丹凤

摘要：  通过LS-DYNA仿真分析方法，对比《中国新车评价规程》（C-NCAP）侧碰与《中国保险汽车安全指数规程》（C-IASI）侧碰2种碰撞工况下车身结构及假人的仿真数据，发现将C-NCAP侧碰满分的侧气囊（side airbag， SAB）应用于C-IASI侧碰时假人伤害表现效果不佳。针对侧气囊参数及气袋结构进行优化，最终达到同时满足C-NCAP侧碰满分和C-IASI侧碰优秀结果的目的，为后续车型开发提供参考。

关键词：  侧气囊; 侧碰; 兼容性

中图分类号：  U467.14文献标志码：  B

Study of restrict system compatibility between C-NCAP

and C-IASI based on LS-DYNA

ZHOU Danfeng

（Automobile Engineering Technology Research Institute， Cowin Automobile Co.， Ltd.， Yibin 644000， Sichuan， China）

Abstract： The paper compared with the collision data of car body structure and dummy injury in C-NCAP side impact and C-IASI side impact tests， by LS-DYNA simulation analysis. The causes why the vehicle with same side airbag （SAB） which get full marks in C-NCAP has the poor performance in C-IASI， the impact test finally get the full marks in C-NCAP and meet the excellent results in C-IASI at the same time by optimizing the SAB parameters and structures of air pocket. It can supply reference for the other project development.

Key words： side airbag; side impact; compatibility

作者简介： 周丹凤（1984—），女，黑龙江齐齐哈尔人，高级工程师，硕士，研究方向为碰撞安全，（E-mail）287450428a@qq.com0引言

随着交通路况的日益复杂，消费者对汽车碰撞安全问题更加关注[1]。近年来，国内除《中国新车评价规程》（C-NCAP）和国标对车辆安全性能进行考评外，《中国保险汽车安全指数规程》（C-IASI）也逐渐进入人们的视野，其主要分为乘员保护、行人保护、主动安全和可维修经济性等4个模块。其中，乘员保护部分虽然涵盖前碰和侧碰，但工况与C-NCAP和国标存在较大差异[2]。这就需要各乘用车主机厂的安全性能考察范围更加全面，安全标准也逐年提升。

安全工况的增多、安全标准的提升，使车辆被动安全性能的开发范围和难度增加。本文依据某款车型的实际开发经历，对C-NCAP侧碰和C-IASI侧碰约束系统的兼顾性进行对比，为后续车型C-IASI侧碰开发侧气囊（side airbag，SAB）设计提供新的设计思路和方法。

1C-NCAP与C-IASI侧碰工况差异

国内现行的两大碰撞安全评价体系都提及侧碰工况的评分要求。虽然同为侧碰工况，但二者又存在较大差异：C-NCAP侧碰工况要求壁障质量1 400 kg，碰撞速度50 km/h;C-IASI侧碰工况要求壁障质量1 500 kg，碰撞速度50 km/h;壁障撞击高度及形状也存在差异。因此，评价乘员伤害的假人类型也存在较大差异，C-NCAP与C-IASI侧碰工况对照[3-4]见表1，碰撞工况示意见图1。

2差异兼容性难点解析

车辆侧面碰撞安全性能设计分为车身结构设计和约束系统匹配两方面。车身结构设计的最终目的是降低碰撞侧车身的侵入变形，给乘员留有足够多的生存空间，降低车身结构侵入速度，减少对车内乘员的冲击。E=MV2/2（1）式中：E为碰撞初始动能;M为壁障小车的总质量;V为壁障小车初始速度。

从侧碰的壁障能量对比可知：当V=50 km/h一定，M越大，E就越大，C-IASI的侧碰能量明显大于C-NCAP;从侧碰的傳力路径判断，C-IASI侧碰工况对B柱的抗弯性能要求更高[5];从壁障碰撞高度亦可看出，C-IASI碰撞高度更靠上，更接近B柱中部（见图2）。

由图2可知，F_C-NCAPC-IASI

按照2种工况加载后提交计算，得到假人与展开后侧面气囊相对位置，见图4。对于同一约束系统SAB的保护特性：WS假人体型较大，该SAB刚好可以覆盖假人胸腹部;SID Ⅱs假人体型较小，与SAB接触的相对位置靠下。

从个体差异分析，WS假人体型及质量均较大，需要气囊刚度满足一定要求，才能起到一定的支撑作用，确保车门扶手处气囊不击穿。SID Ⅱs假人体型较小，与SAB的作用位置靠下，胸腹部传感器与该SAB刚度匹配不合理。由此导致该约束系统C-NCAP侧碰仿真分析结果显示WS保护效果较好，可达到满分。而对SIDⅡs假人气囊表现刚度偏大，SAB作用于SIDⅡs假人胸腹部刚度不合理，导致胸部变形量偏大，黏性指数较高[7]，未达到目标预期（C-IASI侧碰总目标为优秀，乘员伤害总体评估目标为良好）。SIDⅡs假人伤害值见表3，导致侧碰乘员保护结果较差。

3仿真优化

由C-IASI侧碰基础结果可知，胸部变形量和黏性指标结果偏大，等级评估为较差。结合假人伤害值与仿真动画进行同步对比分析，图5中胸部变形最大区域处于第三根肋骨等高区域，图6中3条胸压曲线整体偏大，下肋骨变形量表现更差。由此可以判断，SIDⅡs假人时SAB整体刚度较大，导致胸部变形整体偏大，SAB局部刚度匹配不合理，导致下肋骨变形量峰值较大[8]，致使评级较差。

对基础结果进行优化：首先，通过调整囊袋泄气面积降低气囊刚度，降低SAB整体对假人胸部的冲击;其次，减小胸部区域气囊展开厚度对假人中、下肋骨的影响[9]。

具体如下：方案C1是将泄气面积增大到原面积的175%;方案C2是在C1基础上在假人第三、四根肋骨中间增加气袋限位拉带35 mm;方案C3是在C2基础上缩短拉带25 mm;方案C4是在C2基础上增加第二排拉带，位置覆盖假人第三根肋骨区域35 mm;方案C5是在C1基础上以死区方式替代C4拉带方案，降低成本[10]。各方案优化结果对比见表4。

方案C2～C5通过肩部和骨盆与气囊接触，推动假人侧向移动，避让气囊对胸部的挤压，均可满足目标要求。综合考虑目标达成余量及成本，优选C5为最终优化方案。假人胸部肋骨变形对比见图7，经C-NCAP验算，也可达到侧碰乘员保护满分的结果。

4结束语

使用LS-DYNA仿真分析方法，对某款车型C-IASI侧碰乘员伤害指标进行优化。通过调整和匹配SAB整体及局部刚度，缓冲承托假人肩部及骨盆，减小假人胸部变形量，确保乘员伤害值达标。仿真結果显示，目标余量较为充足，可为后续此类适应性开发工作提供参考。

该方案目前未进入实车测试阶段，后续随着项目的进度，会通过实车测试表现，进一步验证该约束系统优化方案的有效性，并对仿真模型进行对标，以提升仿真精准度。参考文献：

[1]蒋艳冰， 毕文武. 汽车侧面碰撞安全性研究探讨[J]. 时代汽车， 2020（13）： 190-191.

[2]冯兵伟， 宋建锋， 丁鹏飞， 等. 中国保险汽车安全指数分析[J]. 机械， 2020， 47（3）： 44-50. DOI： 10.3969/j.issn.1006-0316.2020.03.008.

[3]Safety companion 2021[EB/OL].（2021-12-01）[2021-12-06].https：∥www.carhs.de/zh/safety-companion-overview.html.

[4]中国保险汽车安全指数规程：第2部分：车内乘员安全指数：整体评价规程：CIASI-SM.PI.SIR-B0[S].

[5]张金换， 杜汇良， 马春生， 等. 汽车碰撞安全性设计[M]. 北京： 清华大学出版社， 2010.

[6]盛天放. 基于侧面碰撞乘员髋部损伤的汽车安全性能优化[D]. 秦皇岛： 燕山大学， 2021. DOI： 10.27440/d.cnki.gysdu.2021.001089.

[7]郄彦朝， 肖森， 陈勇， 等. 基于侧面碰撞壁障的机械假人损伤分布研究[J]. 机械设计， 2020， 37（1）： 21-25. DOI： 10.13841/j.cnki.jxsj.2020.01.004.

[8]高志俊， 钱宇彬， 张绍卫. 汽车侧面碰撞下安全气囊对后排乘员的损伤防护研究[J]. 农业装备与车辆工程， 2019， 57（12）： 72-77. DOI： 10.3969/j.issn.1673-3142.2019.12.016.

[9]陈宇航. 汽车侧面碰撞多腔室胸臀气囊性能及优化研究[D]. 镇江： 江苏大学， 2019.

[10]葛如海， 刘乐， 林坡， 等. 侧面碰撞头胸双气室气囊的设计与优化[J]. 重庆理工大学学报（自然科学）， 2018， 32（7）： 1-7. DOI： 10.3969/j.issn.1674-8425（z）.2018.07.001.（编辑陈锋杰）