车辆小重叠碰撞探讨

王翼 杨桃

（奇瑞汽车股份有限公司车身技术研究院）

车辆小偏置正面碰撞过程中，碰撞形式与传统100%正面碰撞和50%重叠偏置碰撞完全不同，主要承力构件纵梁完全不起作用，对车内乘员造成伤害极大，因此正受到全世界汽车安全领域愈来愈多的关注，而国内各汽车厂商在此方面的研究刚刚起步。为提高车辆正面偏置碰撞安全性，最大限度保护乘员安全，有必要开展小重叠率正面偏置碰撞安全性的研究工作。

1 25%重叠面碰撞测试简介

目前各国法规和新车碰撞安全评估标准中，都设立了正面偏角碰撞、侧面碰撞、车顶强度测试以及追尾对颈部的影响等测试项目，这些测试对车辆安全起到了很大作用。即便如此，根据美国公路安全保险协会（IIHS）统计数据，小偏置正面碰撞在正面碰撞死亡事故中约占1/4，但此类正面碰撞形式并没有包含在各种汽车碰撞安全的法规和新车安全评估系统中。因此，IIHS于2012年，加入了一项全新的碰撞测试项目——25%重叠面碰撞测试。图1示出IIHS 25%重叠面碰撞设置示意图[1]。

在测试中，被测汽车以64 km/h的速度，用前端驾驶员一侧大约车宽25%的面撞击一个5英尺（1.5 m）高的刚性屏障，将一个50百分位混合Ⅲ假人用安全带固定在驾驶席上代替真实的受害者来收集数据。另外，25%重叠刚性壁障碰撞试验考察的位移点除驾驶席部分外，还增加了车门上下铰链及门槛位置，共16个位移点。碰撞成绩分为“优秀、良好、及格、差”4个等级。

2 存在的问题

在IIHS官网公布的首批碰撞测试的11款车型中，仅有2款车型（沃尔沃S60和讴歌TL）的总分获得了“优秀”的评级，如表1所示。

表1 第1批IIHS 25%重叠面碰撞测试成绩

纵观这些车型的碰撞成绩，在25%重叠面碰撞的特殊情况下，对现有的车身结构设计、腿部生存空间，以及气囊和气帘等约束系统都提出了新的挑战。主要表现在以下4个方面。

1）碰撞形式。与40%正面偏置碰撞测试相比，25%重叠面碰撞测试碰撞面积大大减小，如图2所示[2]。对于多数全承载车身结构，壁障面避开了汽车的前纵梁，因此碰撞的能量无法通过前纵梁的变形来吸收。

2）侵入量。碰撞对汽车的损坏最先从保险杠蒙皮、悬挂及车轮等非承载力结构部位开始，随即直接破坏车身A柱结构，造成假人一侧的结构严重受损变形，乘员舱侵入量大大增加，如图3所示。溃缩不足的转向柱、变形的内饰零部件，以及车轮和悬挂都会加大对假人的伤害。

3）加速度。在25%重叠面碰撞中，壁障直接撞击A柱区域结构，与40%正面偏置碰撞相比，如图4所示[2]。产生加速度峰值更大，易于加大对假人的伤害。

4）被动约束系统。在25%重叠面碰撞中，因碰撞位置离汽车质心纵向距离相对较远，碰撞产生的冲击力通过质心形成了一个力矩，使汽车产生旋转，假人的头部因惯性撞向左侧A柱区域，如图5所示[2]，正好失去了正面气囊和侧面头部气囊的保护，如图6所示。

3 设计方向探讨

针对目前碰撞中存在的结构问题，分析IIHS碰撞过程，观察发现获得“优秀”评级的车型与其他车型在碰撞过程中存在截然不同的现象。以沃尔沃S60（“优秀”评价）和奥迪A4（“差”评价）2款车为例，将碰撞过程划分为4个阶段，如图7～图10所示。

1）在碰撞第1阶段，当前保险杠蒙皮与壁障接触时，壁障所占车宽比例两车并没有任何区别，如图7所示；

2）在碰撞第2阶段，即壁障穿过保险杠蒙皮、悬挂及车轮等非承载力结构部位到达A柱结构区域时，沃尔沃S60车身较奥迪A4已经发生了明显的右侧平移，A柱乘员舱与壁障的重叠量大大减少，其产生的碰撞力也降低了，如图8所示；

3）在碰撞第3阶段，由于沃尔沃S60车身A柱所受碰撞力相对奥迪A4低了许多，则沃尔沃S60表现为擦过壁障边缘继续向前运动，而奥迪A4因A柱受碰撞力较大，则表现为车身绕着碰撞接触点产生明显旋转运动，如图9所示；

4）在碰撞第4阶段，由于两车在前面碰撞中的形式不同，因而碰撞最终停止的位置也不尽相同，如图10所示。

通过上述分析可以得出：在目前现有类似的车身结构下，碰撞第2阶段是影响碰撞结果的一个关键过程。

在车身前碰耐撞性（100%正面碰撞和40%正面偏置碰撞）设计中，力的传递主要通过前纵梁、副车架及shotgun[3]3条路径，其中大部分能量被前纵梁变形所吸收，如图11所示。而在25%偏置碰撞中，传统的车身结构传递路径仅有shotgun这一条，因而可得出：shotgun结构特点决定了汽车在25%偏置碰撞中的运动变形形式。

对比沃尔沃S60与奥迪A4前舱结构（如图12所示）可以发现，沃尔沃S60的shotgun结构截面设计与前纵梁相当，并在前纵梁之间新增了封闭的连接梁，三者进而形成封闭环状梯形结构，而奥迪A4为悬臂设计。沃尔沃设计大大提高了shotgun在25%重叠碰撞第2阶段的x，y向的承载力，在碰撞第3阶段开始前使车身产生足够的侧向位移而减少与壁障的重叠量，从而减少第3阶段碰撞对A柱结构的冲击。

另外，相关资料显示，本田CRV早期针对小偏置兼容性正面碰撞做过相关研究，其设计思想是使shotgun、前纵梁及前保险杠横梁之间形成封闭环状结构，使之能更高效地传递碰撞载荷[4]。

通过上述分析可知，车身shotgun封闭环状结构对于25%重叠面碰撞起到重要作用，是未来车身结构设计优化的一个方向。另外，底盘悬挂摆臂结构件在碰撞中的变形趋势，以及气囊和气帘的匹配弹出形状和位置等都是未来车辆被动安全提升的方向。

4 结论

按照传统设计，在IIHS 25%偏置碰撞中，车身纵梁与壁障错开，起不到碰撞变形吸能作用，仅通过shotgun和侧围等极少结构件进行吸能，车身将出现巨大的侵入量以及加速度峰值；另外由于车身绕垂直轴转动，假人头部有可能偏离气囊中心而撞击方向盘的左侧或A柱区域，进而引起更大的伤害。

针对碰撞测试中的这些问题，对车身结构设计，尤其是shotgun结构、乘员舱腿部生存空间的维持、底盘悬架摆臂结构件在碰撞中的变形趋势，以及气囊和气帘等现存约束能力等方面都提出了新的改进方向，促进各主机厂对安全性投入研究，逐步提升车辆未来安全。