汽车小偏置碰撞侵入量与车身结构的分析

方正

摘 要：近年来，25%正面小重叠碰撞试验在汽车被动安全领域内，受到了越来越多的关注。在中国，C-IASI（中国保险汽车安全指数）也开始进行了正面小重叠碰撞试验的测试与评价。本文对车辆进行25%正面小重叠碰撞试验的结构侵入量进行了数据分析，研究在碰撞过程影响车身结构侵入量的原因，以及指出车身结构在未来研发中的趋势。

关键词：C-IASI 25%小重叠碰撞 侵入量

Analysis of Intrusion Amount of Small Offset Car and Body Structure

Fang Zheng

Abstract：In recent years， the 25% frontal small overlap crash test has received more and more attention in the field of automobile passive safety. In China， the C-IASI （China Insurance Automotive Safety Index） has also begun to test and evaluate the frontal small overlap crash test. This paper analyzes the structure intrusion amount of the vehicle in the 25% frontal small overlap collision test， studies the reasons that affect the intrusion amount of the body structure during the collision process， and points out the trend of the body structure in the future research and development.

Key words：C-IASI， 25% small overlap collision， intrusion

1 引言

近年来，随着世界各国汽车碰撞法规的不断完善和消费者对汽车安全性能的日益关注，汽车碰撞安全技术得以快速发展。正面碰撞作为车辆事故中的多发类型，是造成的人员伤亡的主要事故类型。据统计，在美国所有汽车死亡事故中正面碰撞占了约22%，而在英国，约为27%。因此，各国的安全性法规及评价规程纷纷将正面碰撞作为测试项目纳入各自的评价体系。

但在实际生活中还有一类特殊的正面碰撞即小重叠正面碰撞也时有发生，小重叠正面碰撞一般指车辆与刚性壁障重叠率小于30%的正面碰撞。据统计，在正面碰撞死亡事故中，小重叠正面碰撞大约占1/4。

2012年8月14日，美国高速公路安全保险协会（Insurance Institute for Highway Safety，IIHS）为了进一步提升现实中正面碰撞的保护性能，颁布了汽车25%正面小重叠碰撞试验，并制订了其方法及评价规程。在中国，中国汽车工程研究院与中保研汽车技术研究院联合开展了“中国保险汽车安全指数（C-IASI）”的研究工作，引入了25%正面小重叠碰撞试验工况。

本文旨在对小重叠碰撞车辆的结构侵入量数据和碰撞过程加以分析，并提出改进意见。

2 正面小重叠碰撞简介

25%正面小重叠碰撞试验是指车辆以 64.4±1km/h的速度撞向一个固定壁障，并且与壁障的重疊面积只相当于车身宽度的 25±1%，驾驶位用安全带固定一个Hybrid III 50百分位假人代替受害者采集数据。由于大大减小了碰撞的面积，所以就对车辆的安全性能有了很高的要求。IIHS规定碰撞的成绩分为“Good（优秀）、Acceptable（良好）、Marginal（达标）、Poor（不及格）”四个等级。

3 试验中车身结构侵入量测量与评价

安全等级主要受四个因素影响：假人、生存空间、安全气囊和安全带。本文主要对生存空间因素中的部分进行分析。生存空间因素指的是汽车的乘员舱经过碰撞挤压后会发生形变而变小;而形变越小时，安全气囊和安全带就越会起到作用。所以生存空间在试验测评中也非常重要。

3.1 车身结构侵入量测量

25%正面小重叠碰撞试验采用静态测量的方式对车身结构进行评价，通过测量车身上所指定的点在碰撞前后的位移来进行评价比较。选取内饰上7个点、车身上3组点的变形量进行评价。乘员舱下部分区域包含：A柱下铰链（3个点）、左侧搁脚板、左防火墙、制动踏板、驻车制动踏板（无驻车制动则不测量）和门槛（3个点）;乘员舱上部分包含：转向管柱、A柱上铰链（3个点）、上仪表台、左仪表板。各点的位置如图1所示。

3.2 车身结构评价

25%正面小重叠碰撞试验评价包含车辆约束系统、假人伤害、车辆结构三个方面的评价。车身结构侵入量的评价，需要测量驾驶员乘员舱变形量，将其作为一个重要的耐冲撞性能指标。通过试验前后所测量的乘员舱的上半部分和下半部分两个区域中各点的侵入量进行比较评价。车身结构评价等级取决于具体的侵入量测量值与图2中等级评价指导指标比对所得。

4 数据统计分析

4.1 结构测量数据统计

根据实验室以往所做的25%正面小重叠碰撞试验随机选取了30组结构测量数据，对数据评价做出统计，车身上的点中，A柱上铰链、A柱下铰链优秀率分别为25.8%和41.9%，表现较差，门槛点优秀率为64.5%，表现平平。内饰上两点——上仪表板、左仪表板的点优秀率分别为25.8%和22.6%，表现也同样较差。

4.2 问题分析

在25%小重叠碰撞的特殊工况下，对现有车型的车身结构设计、假人腿部生存空间、气囊气帘以及安全带等约束系统都提出了新的挑战和要求。车身结构的挑战主要表现在以下 2个方面。

4.2.1 碰撞面积减小

25%正面小重叠碰撞测试与全宽正面碰撞和40%正面偏置碰撞测试相比，碰撞面积大大减小。在传统正面碰撞过程中，前纵梁起着及其重要的作用，它发生变形，且在前部组件中吸能最多[1]。但如图4可以看出，在25%小重叠碰撞中，汽车前纵梁未能参与碰撞过程，只发生了轻微的内侧弯曲，所以在该形式的碰撞中，前纵梁无法吸收碰撞时产生的能量。

4.2.2 侵入量增加

碰撞对汽车的损坏最先是从保险杠、悬挂、车轮等非承载力结构部位开始的，然后直接破坏车身A柱结构，造成驾驶员侧的结构严重受损变形，乘员舱侵入量大大增加，如图4所示。溃缩不足的转向柱、变形的内饰零部件，以及车轮和悬挂的挤压侵入都会加大对假人的伤害。

在试验中，壁障将直接撞击车辆A柱，由A柱将能量直接传递至门槛，所以导致A柱上铰链、A柱下铰链与门槛点的侵入量不理想。

5 原因分析与建议

5.1 高速摄像分析试验过程

针对上述中存在的结构侵入量问题，使用高速摄像分析25%小重叠碰撞的碰撞过程，可分为以下两个阶段。

在碰撞第一阶段，两车保险杠与壁障接触时，此时保险杠进行吸能，两车并未有任何区别。

在碰撞第二阶段中，壁障达到A柱结构区域时，试验1的车辆发生了明显地向右侧偏移;而试验2车辆的A柱区域与壁障进行了刚性接触，A柱区域变形十分严重，并且车身以壁障圆柱为中心，发生了旋转。

两车碰撞示意如图5所示。可以看出，先是保险杠接触，受力挤压变形，在两车前纵梁均不受力未起到吸能作用的情况下，试验1车辆的shotgun结构起到了引导作用，使得汽车与壁障之间产生了侧向位移，位移后的壁障将轮毂挤断，避免了车轮向乘员舱内进行挤压，大大减小了对门槛和车辆A柱的侵入量。而试验2车辆在碰撞过程中，shotgun结构未起到引导作用，壁障向后挤压，带着车轮侵入乘员舱，导致了门槛和车辆A柱的侵入量表现不佳。

5.2 结构分析

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[2]。

图6为两车前舱结构，对车辆前舱结构进行分析，发现两车前部shotgun、前纵梁及前保险杠横梁之间均形成了封闭环状結构。但试验1车辆的shotgun和前纵梁平顺连接并带有一定角度，平滑过度;而试验2车辆的shotgun和前纵梁之间为错位连接，呈阶梯状，使得碰撞时，壁障与shotgun直接发生刚性接触而压溃，将能量传递至A柱，侵入量加大。

5.3 结构设计建议

结构设计时，建议使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。并且将shotgun以平滑过渡形式延长，与前纵梁连接，引导车辆产生侧向位移，进而减小门槛及A柱上下铰链的侵入量。

6 结论

与传统的正面碰撞形式来比较，在进行25%小重叠碰撞时，汽车前纵梁未能参与碰撞过程，只发生了轻微的内侧弯曲，前纵梁无法吸收碰撞时产生的能量。而只靠保险杠和shotgun来吸收能量的情况下，在碰撞时，汽车轮胎会被壁障直接挤压，进而加大门槛和A柱上下铰链的侵入量。

应对25%小重叠碰撞，建议将shotgun以平滑过渡形式延长，与前纵梁连接，引导车辆产生侧向位移，进而减小门槛及A柱上下铰链的侵入量。

参考文献：

[1]朱其文，张子鹏，魏晓辰.《汽车前部部件的碰撞吸能能力分析》.汽车工程师2014（5）.

[2]Honda  Motor Co.Ltd.  Tokyo. AUTOMOBILE  FRONT BODY STRUCTURE： United States， US20070176443[P].2008-12-30.