基于2021版C-NCAP和IIHS侧面碰撞工况车辆结构性能研究

崔东　王龙亮　方锐　胡帛涛　苗澍

摘 要：本文对2021版C-NCAP和IIHS侧面碰撞工况进行了详细的对比，并采用有限元分析方法对某款SUV车型的侧面碰撞结构性能进行详细分析。结果表明，IIHS侧面碰撞工况对车身结构耐撞性的要求要明显高于C-NCAP工况，相对应的B柱、前后车门的侵入量和侵入速度都有不同幅度的增加。

关键词：C-NCAP IIHS 侧碰工况 车辆结构性能

1 引言

为了减少侧面碰撞给乘员带来的损伤，不同的国家根据各自国情制定了侧面碰撞标准，其中最具有代表性的是中国新车评价规程（C-NCAP）2021版侧面碰撞和美国公路安全保险协会（IIHS）的Side Impact Crashworthiness Evaluation 2.0。这两种标准都是采用移动壁障撞击试验车辆的方法进行验证，但是移动壁障的尺寸、质量、刚度、碰撞速度以及乘员傷害指标都不相同，为了研究不同侧面碰撞工况下车辆的结构性能，有必要对这两种标准进行对比分析。

2 C-NCAP和IIHS侧碰工况解析

在2021版C-NCAP和最新的IIHS中，侧面可移动壁障碰撞工况设定如下图1所示。

对于两种碰撞工况分别从碰撞速度、碰撞位置、壁障质量、假人进行对比分析，具体参数如表1所示[1][2]。

由上表可以看出，C-NCAP侧面碰撞工况相对IIHS侧面碰撞差异较大，C-NCAP侧面碰撞速度、壁障质量相对较小，对应的初始能量少了将近1倍。碰撞位置也不相同，C-NCAP侧面碰撞相对比较固定，IIHS侧面碰撞根据车型轴距不同，碰撞位置有所不同。碰撞所采用的假人也不相同，C-NCAP侧面碰撞前排采用WS50th假人，后排采用SID-IIs（D版）假人，副驾驶采用ESII假人，IIHS侧面碰撞前排和后排均采用SID-IIs（D版）假人。

3 车辆结构对不同侧面碰撞工况的性能分析

为研究同一车型在不同侧碰工况中的性能响应，本文选取了具有市场代表性的SUV车型，分别建立了C-NCAP和IIHS可移动壁障侧碰模型。为了准确研究车辆结构性能的响应，本文分别从B柱、前后车门的侵入量和侵入速度，进行分析[3]。

3.1 B柱侵入量和侵入速度对比分析

在整车结构中，B柱是连接下车体和顶棚的重要部件，对车辆侧面碰撞的耐撞性有直接影响，是重要吸能件，对乘员保护起到关键作用，B柱的侵入量决定了乘员的生存空间，侵入速度主要影响乘员的二次碰撞[4]。

为了准确分析B柱对假人的伤害，本文在B柱建立了5个位移传感器和5个速度传感器（B柱顶部、上部、中部、下部、底部），对应于假人的头部、颈部、胸部、腹部、腿部5个位置，分析B柱的侵入量和侵入速度对假人可能造成的伤害。

对比结果显示，C-NCAP和IIHS侧面碰撞工况下，B柱由中间向两端侵入有不同幅度增加，但是IIHS对应B柱的侵入量更大，最大值为191mm，而C-NCAP最大侵入量为129mm，增幅均值为50%，在B柱底部侵入增幅更大，由9mm增加到68mm，B柱底部发生弯折，对假人腿部伤害较大。

在侵入速度对比中，C-NCAP和IIHS侧面碰撞中B柱中间区域速度较大，两端相对较低，同时IIHS侧面碰撞中B柱侵入速度整体比C-NCAP侧面碰撞高，最大值分别为9.5m/s和6.5m/s，都对应于假人的腿部区域。

3.2 车门侵入量和侵入速度对比分析

在侧面碰撞中，车门的侵入量直接影响前后排乘员的生成空间，如何最大限度减小车门的侵入量和侵入速度是侧面碰撞工况的开发重点[5]。

为了测量车门的侵入量和侵入速度，同样在前后车门的上部、中部以及下部建立了3个位移传感器和3个速度传感器。

两种碰撞工况下前车门侵入量曲线变化平稳、无突增突减，且整体变化趋势相同。但IIHS侧面碰撞工况整体侵入量更大，最大值为201.5mm，增幅达到31%。

后车门侵入量曲线变化平稳、无突增突减。但IIHS侧面碰撞工况最大侵入量在后车门的下部，为198mm，而C-NCAP工况发生在后车门的上部，最大值为65mm，这与后车门的结构强度有很大关系，C-NCAP工况下车门未发生压溃，而IIHS工况下后车门整体压溃。

两种碰撞工况下前车门侵入速度曲线整体变化趋势相同。但IIHS侧面碰撞工况最大侵入速度为9.46m/s，而C-NCAP工况最大值为7.07m/s，增幅达到28%。

通过分析，IIHS侧面碰撞工况下各种伤害指标比C-NCAP工况下偏高，这与IIHS工况的壁障初始能量相关，毕竟两种工况的初始能量相差一倍，这两种工况的设置也与各自的国情有关，美国消费者比较青睐大排量、整备质量较重的皮卡车型，而中国消费者更加偏爱小排量、整备质量较小的经济车型。若基于C-NCAP开发的车型出口美国，该车型的车身结构需要加强优化。

4 结语

通过对IIHS和2021版C-NCAP侧面碰撞工况的比较及两工况下车身结构响应的分析可知：

（1）IIHS侧面碰撞工况壁障碰撞速度、壁障质量相对C-NCAP侧面壁障较大，初始能量比后者高出将近1倍。

（2）IIHS侧面碰撞工况对车身结构耐撞性的要求要明显高于C-NCAP工况，同款车型IIHS碰撞侧面结构变形明显差于C-NCAP工况。

（3）相同车型下，IIHS侧面碰撞工况对应B柱、前后车门的侵入量和侵入速度都有不同幅度的增加。

参考文献：

[1]中国汽车技术研究中心.中国新车评价规范（C—CNCAP）2021版[EB/OL].http：//www.c-ncap.org.

[2]Insurance Institute for Highway Safety.Side impact 2.0 crash test protocol Version 1[EB/OL].https：//www.iihs.org.

[3]李娜，黄维茹，王旗.某车型基于C-IASI和2018版C-NCAP侧面碰撞工况的对比分析[J].内燃机与配件，2021（07）：56-58.

[4]胡远志，邹缘良，刘西，等.基于不同新车评价规程的侧面碰撞仿真分析[J].重庆理工大学学报：自然科学版，2017，31（04）：1-9.

[5]彭宇玲，郭献洲.基于汽车侧面碰撞安全性B柱结构优化设计[J].机械设计与制造，2020，No.350（04）：157-162.