整车造型阶段的碰撞安全规划策略

周飞

（福建省汽车工业集团云度新能源汽车股份有限公司）

在乘员安全方面，进行正碰、偏置碰时需要确保乘员生存空间，减小乘员舱变形和对乘员舱的侵入，同时要减小车身减速度，需要在车身结构、布置方案、造型等方面进行优化设计。在行人保护方面，汽车对行人的伤害主要包括由保险杠、前散热器罩和发动机罩前端等产生的一次碰撞时的下肢伤害，以及由发动机罩、挡风玻璃等产生的二次碰撞时的头部伤害，故需要在车身结构设计时，将相关部位的刚度设计得较低，以缓冲对人体的撞击。文章主要从碰撞安全及行人保护两方面进行整车的设计说明，通过造型阶段的前期规划，为整车节省开发费用和时间。

1 碰撞控制策略

参考《GB 11551—2014 乘用车正面碰撞的乘员保护》所规定的C-NCAP 前部正面刚性壁障碰撞试验方法、C-NCAP 前部偏置碰撞试验方法，对汽车整车进行碰撞控制策略规划。

1.1 机舱布置策略

1.1.1 动力总成布置策略

机舱布置中最大的系统为动力总成，即汽油车的发动机和变速箱、纯电动车的电机和变速箱。现在以汽油车的动力总成为例，当车辆发生碰撞时，碰撞块通过防撞梁经过左右纵梁吸能后，会挤压动力总成，使动力总成后移，从而侵入驾驶室，减小驾驶员或乘员的生存空间。故为了减小动力总成对驾驶室的侵入，需要增加机舱左右纵梁的吸能空间。图1 示出动力总成的布置示意图，D1为发动机前端与防撞梁前端的距离，d1为变速箱与防撞梁前端的距离，D2为发动机后端与前围板的距离，机舱可溃缩整体变形空间为D1+D2，根据较多五星级车型的布置经验，建议以D1+D2≥500 mm 进行控制。

图1 汽油车动力总成的布置示意图

1.1.2 蓄电池与保险盒的布置策略

受限于制动踏板的布置，汽油车真空助力泵的位置较为固定，一般位于驾驶员前方部位。而蓄电池、保险盒则可以根据前舱的空间，进行较大的位置调整。同时，蓄电池的外形尺寸及刚度较大，即质量较大、自身不易变形，在发生碰撞时，蓄电池的滑移会对周边件造成损坏，因此，在蓄电池与保险盒的布置方案中，应注意以下2 点：1）蓄电池尽量不要布置在真空助力泵正前方距离较近的位置，以避免在碰撞过程中蓄电池撞击真空助力泵，增大制动踏板侵入位移量；2）如果蓄电池与保险盒同时布置在机舱内，则蓄电池与保险盒的布置应尽量避免前后重叠，宜采用平行排布的方式，以避免蓄电池X 向移动后对保险盒造成伤害，从而影响整车电安全。图2 示出蓄电池和保险盒布置方案。

图2 汽油车蓄电池和保险盒布置方案

1.1.3 电子稳定装置（ESP）的布置策略

ESP 单元在布置时，应充分考虑与真空助力泵的位置关系及距离，位置不要正对真空助力泵，以避免在碰撞过程中，ESP 单元撞击真空助力泵、增大制动踏板位移侵入量。

1.2 汽车前后端造型相关尺寸控制策略

1.2.1 前端造型布置策略

前大灯距地高度应大于555 mm，以避免在防撞梁动态测试中，壁障直接撞击前大灯；前机舱盖距地高度应大于755 mm，以避免在防撞梁动态测试中，机舱盖直接由壁障造成损坏；若前机舱盖距地高度小于755 mm，机舱盖前沿距前保险杠距离应大于75 mm（推荐）。

1.2.2 后端造型布置策略

后尾灯距地高度应大于705 mm，以避免在低速碰撞测试中造成后尾灯损坏；后背门距地面高度应大于705 mm，以避免在防撞梁动态测试中，后背门直接由壁障造成损坏；若后背门距地高度小于705 mm，则后背门距离后保险杠应大于75 mm。

2 行人保护控制策略

参考法规《GB/T 24550—2009 汽车对行人的碰撞保护》，对行人保护的腿部碰撞及头部碰撞区域进行前期策略控制。

2.1 前保险杠的控制策略

应保证前保险杠与前防撞梁间的X 向有效间隙大于80 mm。

2.2 机罩设计策略

机罩设计策略主要从行人头部碰撞保护的角度考虑，即汽车碰撞到行人时，行人头部会撞击机罩，通过机罩的变形缓冲，使行人头部伤害值降低。故要求机罩或周边件变形空间较大，同时碰撞时头部接触物较软。

2.2.1 机罩内、外板设计策略

机罩内、外板钢材厚度不大于0.7 mm，以保证钢板容易变形，实现头部接触物较软的策略。保证机罩后沿参照线画在机罩上（即要求Φ165 mm 的球在始终与风挡接触的条件下滚过机罩后沿时与车身的另一接触点在机罩上）[1]。机罩内板到机舱内硬点Z 向间距应不小于80 mm（特殊区域需进行分析确认，如大灯区域、通风盖板区域等），保证头部碰撞时有足够的碰撞变形空间，图3 示出机罩内部空间示意图。

图3 机罩内部空间示意图

在机罩内板局部刚度大的位置开一定数量的弱化孔，这些弱化孔可同时作为机舱隔热垫插接孔[2]，以保证头部碰撞物刚度较弱、容易变形，图4 示出机罩内部弱化策略示意图。

图4 机罩内部弱化策略示意图

2.2.2 机罩铰链设计策略

机罩铰链作为机罩不可缺少的一部分，为了承载机罩的质量和维持机罩的运动，设计时需要刚度和强度较大，但这样会对行人头部碰撞不利，其安装座位置应尽量后移，远离头部碰撞区域。

有些车型受机罩尺寸限制，机罩铰链只能布置在头部碰撞区域，则可以在结构上弱化铰链安装座刚度，如采用折弯、开孔等方式，使铰链受头部撞击时容易变形，从而降低行人的头部伤害值。铰链与机罩固定时，采用凸焊螺栓，即可以增加铰链与机罩外板的空间，如图5 所示。

图5 机罩铰链弱化设计策略图

2.2.3 机罩锁的设计策略

机罩锁位于头部碰撞区域，为了满足锁体的安装需求，一般设计时会对机罩锁有一定的刚度需求，但会对人体头部碰撞不利，故在满足锁体安装需求时，可将机罩锁安装板设计为可压溃结构，弱化其结构刚度，锁体安装板与机罩内板通过胶体连接，头部碰撞到该区域时，绿色锁体安装板与机罩内板自动脱落，从而避免锁体对头部造成伤害，并考虑到锁体的安装结构，建议安装板的厚度不大于0.8 mm。

在水箱横梁及前部空间允许的情况下，可考虑多机罩锁方式，通过左右各1个锁体取代中间锁体的方式，降低单机罩锁周边安装刚度，从而达到弱化头部碰撞物的需要。

2.3 翼子板设计策略

图6 示出翼子板后端布置示意图。若机罩侧沿参照线画在翼子板上（图6 中绿色线为机罩侧沿参照线，做法参考《GB/T 24550—2009 汽车对行人的碰撞保护》），建议机罩侧参照线拐点X 向不超过机罩后沿，避让法规要求的碰撞区域，如图6b 所示。

图6 翼子板后端布置示意图

翼子板本身刚度应尽量低，建议钢板厚度不大于0.7 mm。采用可压溃式翼子板安装支架，且翼子板翻边下方留有足够的变形空间（至少60 mm）。翼子板的设计策略示意图，如图7 所示，翼子板下方有较大的空间，同时翼子板的厚度为0.7 mm，头部碰撞时容易变形，同时变形空间较大。

图7 翼子板的设计策略示意图

2.4 前大灯的控制策略

前大灯本体刚度较大，若头部与之接触，会有较大的伤害值，故在前期设计时，尽量保证前大灯与头部不直接接触，如将前大灯尽量隐藏在机罩下面，避免机罩前沿参照线画在大灯上。图8 示出前大灯的布置策略图（绿色线为机罩前沿参照线）。

图8 汽车前大灯布置策略图

前大灯后方预留机罩溃缩变形空间，以保证前大灯与机罩之间的间隙尽量大，同时考虑安装点弱化，即当头部撞击到前大灯时，由于安装点较弱则会断裂，导致前大灯碰撞下移，从而达到前大灯容易变形的需要，降低了头部伤害值，如图9 所示。

图9 汽车前大灯安装点弱化示意图

2.5 其他系统的控制策略

2.5.1 雨刮螺柱控制策略

雨刮螺柱刚度较大，不易变形，同时在头部碰撞区域之内，故布置时对头部碰撞的风险较大，一般建议将雨刮螺柱隐藏在机罩下方，同时在雨刮螺柱与机罩之间留有一定的间隙，以保证头部碰撞到机罩时有一定的变形空间；如果无法隐藏则建议采用压溃式结构，当头部碰撞到雨刮螺柱时，雨刮螺柱自动溃缩，达到螺柱变形的需求，从而降低头部碰撞的伤害值。

2.5.2 通风盖板的控制策略

通风盖板建议设计为隐藏式，即发动机罩部分或全部盖住通风盖板区域，使发动机罩后面基准线画在发动机罩后边缘线上而不是通风盖板后边缘线上，这样能避开雨刮轴、雨刮电机等通风盖板下方硬点区域，使碰撞区域落在发动机罩上[3]。通过调整通风盖板及风挡胶条的Z 向高度，确保机罩后沿参照线画在机罩上，如图10 所示。参考法规《GB/T 24550—2009 汽车对行人的碰撞保护》，通风盖板密封胶条的固定形式采用卡扣式或横式卡槽。

图10 通风盖板策略图

3 结轮

文章分别从车身系统、外饰系统、电气系统、动力及底盘系统5 个方面对涉及到影响车辆安全性能的系统提出要求，从而指导设计人员进行造型、总布置及详细设计工作，更好地进行前期规划控制。文章重点探讨整车驾驶室外部布置的安全性前期控制策略，侧重于在整车正碰、偏置碰时的乘员安全设计要求，而实际整车安全需要考虑的方面较为广泛，后期将结合实际工作展开进一步的研究。