车辆修复在碰撞试验中的作用及意义

王立民 黄志刚 肖丕林

1.中国汽车技术研究中心有限公司 天津市 300300 2.天津众检机动车鉴定评估有限公司 天津市 300171

1 引言

尽管计算机虚拟仿真技术使用越来越广泛，实车碰撞试验在被动安全领域仍有着不可替代的作用。在车辆开发阶段，需要按标准进行大量实车碰撞试验收集假人伤害值、视频照片、气囊标定相关参数等大量数据，并与仿真结果进行对比。实车碰撞试验是判定一辆汽车被动安全性能最有效的方式，能最直观地展示车辆出现碰撞事故后可能出现的结果，向研发人员提供最准确的在相应工况下的试验数据包括车辆损伤情况，车身结构变形情况，高压电安全和假人伤害情况。同时，实车碰撞试验数据是最重要的仿真参数来源之一，准确的试验数据能帮助优化仿真模型，给出更准确的仿真结果。目前来看，各国各地区的被动安全准入法规和评价体系均是以实车碰撞试验结果为准。

实车试验最大的弊端在于成本过高。与其他车辆开发试验不同，碰撞试验特别是高速碰撞试验会造成车辆不可逆的结构变形及损伤。在研发阶段，车企要按照标准完成正面、侧面等大量碰撞试验。因此，车企进行实车碰撞试验除了要付出试验费用外还要承担大量样车制造带来的成本。在当下汽车产业竞争越来越激烈，单车利润不断下挫的状况下，过高的研发成本无疑会给车企带来巨大的经营压力。通过科学合理的方法对车辆进行评估，结合有针对性的必要修复，利用试验后车身相对完好的部位完成二次试验，既保证了试验数据的准确性，又能节省样车，降低车企的试验成本。目前来看，大众、福特、马自达等厂家在研发试验阶段都有碰撞样车重复使用的经验。总结车辆修复和试验安排的经验方法，对于推广碰撞样车重复利用，帮助车企降低成本具有重要意义。

2 碰撞试验中的维修工作概述

用途和目的不同使得应用于碰撞试验中的车辆修复和传统意义上的汽车维修有很大不同。一般来讲，4s 店和汽修店对车辆的维修是利用各种技术排查故障原因，并采取措施使车辆恢复外观上、功能上的完好状况。常规车辆维修是以实现正常驾驶等基本功能为主要目的。而在被动安全研发测试领域，驾驶功能则并不是必须的，试验车辆通常由牵引系统拖拽来达到预设速度。对于大多数经历过一次试验准备二次试验的车辆，并不需要达到完好无损的车辆状况。例如，某一试验样车做完高速正碰后计划使用该车再执行一次侧面碰撞。此时，虽然前机盖、翼子板、前保险杠、前纵梁等部件均出现严重塑性变形，但由于侧碰撞击位置主要集中于车门附近，前机舱部件状态对侧碰试验结果几乎毫无影响，故而不需要对上述剧烈变形的部件进行更换或维修。因此，二次碰撞试验前的修复相比于传统车辆修复更为简便，维修成本大幅降低。如图1 所示，按2018 版CNCAP 正碰标准以50km/h 高速撞击固定壁障后，前机舱严重变形，但红框中的乘员舱和后备箱等结构保存完好。

图1 2018 版CNCAP 正碰试验后的车辆状况

应用于碰撞试验中的车辆修复是以满足下一次碰撞试验的要求为前提，在尽量降低成本的情况下进行的车辆清理维修工作。根据一次试验的损伤情况和二次试验的特性要求制定维修方案才是碰撞试验中维修工作的重中之重。

3 碰撞试验中的维修工作具体应用

通过长期以来大量的相关工作经验，本文总结了一些应用于碰撞试验中的车辆维修的经验方法。以试验样车在一次高速正碰后准备二次侧面碰撞试验为例，修复过程通常分为清理、支架安装、配重、车辆姿态调节、低压电路维修等方面。

在高速正碰后的修复阶段要拆除严重变形的前机盖、翼子板、前保险杠。清理各种撞损的塑料件碎片，如前围、储油/液罐、车灯、冷却风扇等。在剩余的车身框架，如翼子板承载支架或纵梁前端上焊接或用螺栓固定支架。支架上用于搭载数据采集设备或配重块等。碰撞试验前，试验车辆都会有整备质量和目标试验质量等参数。由于前机舱拆除了大量损坏部件，前轴质量变小，一般需要对前轴进行配重。支架安装高度不宜过高，避免过多影响车辆重心的高度。

目前绝大多数乘用车都采用承载式车身结构，车身是由各部件焊接在一起的完整刚性体。汽车中的弹性元件主要集中在悬架部分。在碰撞检测领域，定义车辆姿态的参数主要是门槛高度。门槛高度在侧面碰撞，特别是采用移动吸能壁障（MDB）的侧面碰撞中是非常重要的试验参数之一。由于台车上蜂窝铝的离地高度是标准规定的固定值，在某种MDB 工况下，门槛高度不同，台车撞击位置出现不同，假人伤害值也会出现差异。严重的门槛过高会导致车辆重心偏高，在MDB 碰撞中出现侧翻的风险。

对于一辆完好的汽车，车辆承载质量不同，门槛高度不同，承载质量越大，门槛高度越低。车辆前悬分布在前轮附近，位于前机舱，高速正碰试验时，悬架受到冲击，可能会产生一定变形。这时，即便通过配重使得车辆总重和前后轴荷都符合设计要求，各门槛高度与新车在同样承载质量下的门槛高度也可能存在差异。这时需要通过调节门槛高度对车身姿态进行校准。二次试验的要求在于尽可能的还原新车的试验状态，如果门槛高度没有设计值，可以在试验前把新车配重到目标试验质量，实际测量门槛高度并记录，用于指导后续侧碰试验。

对于低压电源布置在前机舱的车辆来说，前机舱容纳了各类线束和12V 铅酸蓄电池、保险盒、大灯、起动机等电源电器。高速正碰试验可能会造成这些零部件严重受损。试验后需要针对下个试验需求对部分线路进行修复。如恢复12V 电源供电功能，保障车辆正常低压上电、仪表板点亮显示状态、为ECU 工作供电、为安全带气囊点爆供电、车辆车门落锁等等。

经过上述步骤修复操作的试验后车辆基本可以用于准备后续试验。

4 新能源车辆高压系统维修工作

面对能源和环境等方面的重重压力，新能源汽车产业得到各国政府的广泛支持。各个车企推出越来越多的新能源车型，使得在车辆检测试验领域和研发试验领域新能源车辆的占比越来越高。

根据GB/T31498-2021《电动汽车碰撞后安全要求》，车辆高压电安全是碰撞试验中重要的考察项目。在试验前需要使车辆负载端接入高压电，处于上Ready 的工作状态。因此，对于准备二次试验的新能源车辆，除了常规修复步骤外，还需要对车辆进行高压系统修复，使车辆能够上Ready。高速碰撞试验难免损坏各类高压部件。试验后的新能源车辆本就存在漏电、起火的风险，属于试验室中的高等危险源。新能源车辆高压系统维修成为碰撞试验中车辆修复的难点。

进行高压系统维修前，需要对碰撞后车辆的电安全进行测量和判定。首先对负载端电压进行测量，观察试验后车辆自动断电功能是否启动，负载端线路是否还携带高压电。之后，对车辆进行物理防护方面的检测，包括使用GB/T4208 定义的关节测试指（IPXXB）进行直接接触检测，和低电阻计进行间接接触检测，判断外露可导电部分与电平台之间是否处于等电势。确定车辆安全后，可以对车辆进行拆解维修等工作。

车辆拆解后，首先对高压系统线束及高压相关模块进行检查，对碰撞中出现的高压线束等破损处进行绝缘修复，高压系统模块的损坏，如为不修复的状态，则进行相应替换。当然一般的高压模块进行匹配后可实现一件多车用，同样减少试验成本。

在高压系统维修中，模块的正常供电及通讯是修复的重中之重，在高压系统的控制逻辑中，模块之间的通讯是车辆的“神经系统”，“神经系统”的修复贯穿整个修复过程，如通讯出现问题，根据通讯线束损坏的不同形态，会出现单个或多个模块之间通讯“瘫痪”，在修复中可参照通讯拓扑图进行系统性检查修复。

高压系统的存在再加上智能网联技术的普及使得现代车辆的电子化程度越来越高，车辆内部通信线路和电子架构越来越复杂，车辆维修的难度也日益增加。随着技术的进步，电子诊断技术在新能源车辆维修中的应用越来越广泛。在无需拆解或诊断系统通讯修复完成后，能够对车辆内部电子系统进行全域快速诊断和故障精准识别，通过存储故障码和直观的参考数据为维修人员提供指导，帮助他们判断故障类型和位置，更加准确和高效地制定维修方案并处理汽车故障，大大提高维修效率。

5 精细试验安排

得益于世界范围内各国政府和消费者对车辆安全性的重视程度日益提高，汽车碰撞安全领域标准的发展日新月异。越来越多的国家和地区推出了适用于自身状况的法规或NCAP（新车评价规程）标准。车企在研发阶段通常不止参考一种碰撞标准。一套碰撞试验往往包含高速、低速等多种类型的试验。所以，精细合理的试验安排配合车辆修复能最大限度地提高试验样车使用价值。

安排试验矩阵时首先要遵循的准则是头部试验要保证后部试验验证结构的完整性。现代汽车在设计、选材、制造等领域越来越多的融入了提升被动安全性的考量，多采用“笼氏设计”。前机舱和后备箱作为“冲击溃缩区”，在遭受碰撞时，通过稳定的非线性大变形吸收动能。而乘员舱不仅在结构设计上被重点加强，从选材上更是使用高强钢或超高强钢制作A 柱，B 柱、门槛等相关部件，目的在于形成牢固的框架结构，为车内乘员提供完整的生存空间。因此，乘员舱属于车身上不易变形的“高强保护区”。在正面碰撞后，试验样车除前机舱受损严重外，乘员舱和后备箱通常能够保存完整，能够用于执行二次试验。如果在正面碰撞中，A 柱、门框等部件出现严重弯曲变形，则不适用于进行二次侧面碰撞，可考虑用于执行后碰试验。

综上所述，正面碰撞对乘员舱损伤较小，而在侧面碰撞中，乘员舱直接承受可移动壁障或刚性柱的撞击。B 柱、门槛和车门出现大范围弯曲变形，乘员舱结构严重受损。因此，正面碰撞后可以安排侧面碰撞试验，侧面碰撞试验后不能安排正面碰撞试验，可酌情安排后碰试验。

碰撞试验车辆上难免会安装大量数据采集设备，包括车载传感器信号采集设备、高速视频采集设备等。如果后续试验有后碰的安排，则执行前期试验时使用的设备不能用螺栓安装在后备箱地板。因为后碰试验主要考察的结构是后备箱及油箱，在后备箱底板上打孔会破环该位置结构，对试验造成不良影响。可以在后保险杠上焊接支架用于固定设备，等到准备后碰试验时，更换新的后保即可。

通过大量试验经验发现，速度低于15km/h 的碰撞试验，如前后RCAR 试验、气囊标定全宽正碰试验等，试验后车辆损伤主要集中在前后保险杠和前后塑料围板。通过更换这些损坏变形的部件可以复原车辆至完好的状态。所以在高速试验前可以安排低速试验。对试验车辆利用最充分的试验安排可以是（按先后次序执行）：前RCAR、后RCAR、高速正碰、左侧面碰撞、右侧面碰撞、高速追尾试验。

6 结论

通过合理的车辆修复和科学的试验安排能实现碰撞样车的重复利用，有效节省车企研发成本。随着新能源车型的增多和普及，新能源车辆的维修在车辆维修中的占比越来越高。高压系统的存在和电子架构的日益复杂使得新能源车辆的维修难度远高于传统车辆。通讯拓扑图和电子诊断技术的使用能有效提高高压系统维修的效率。