近日,以“智能 綠色 安全”為主題的2023汽車(chē)測評國際峰會(huì )在津舉辦,峰會(huì )發(fā)布了《中國汽車(chē)測評研究報告(2022)》,重點(diǎn)回顧2022年C-NCAP(中國新車(chē)評價(jià)規程)及CCRT(中國汽車(chē)消費者研究與評價(jià))的測評結果,同時(shí)大會(huì )就未來(lái)2024版C-NCAP測評方案做了詳細的介紹。2024版C-NCAP將在2024年7月份正式實(shí)施,新版評價(jià)規程從測試方法到評價(jià)方案上均有了大幅度的調整,測評更加貼近中國道路交通實(shí)際情況和車(chē)型特征,以更嚴格、更全面的要求,實(shí)現對車(chē)型進(jìn)行全方位安全性能測試。
一直以來(lái),主機廠(chǎng)對車(chē)輛安全性能十分重視,多將C-NCAP星級評價(jià)作為在研車(chē)型安全性能開(kāi)發(fā)的首要目標。
2024版C-NCAP共包含4個(gè)碰撞工況。分別為55(0,+1)km/h正面剛性壁障碰撞(FRB)、50(-1,+1)km/h正面50%重疊偏置對撞(MPDB)、60(0,+1)km/h可變形移動(dòng)壁障側面碰撞(SC-MDB)、32(-0.5,+0.5)km/h側面斜角度碰撞(SP)。其中,MPDB、SP兩個(gè)工況與2021版C-NCAP方案一致,FRB、SC-MDB兩個(gè)工況較2021版C-NCAP規程進(jìn)行了較大改動(dòng),碰撞能量分別增大了20%、75%。
圖1 FRB碰撞 圖2 MPDB碰撞 圖3 SC-MDB碰撞 圖4 SP碰撞
那么結合2024版C-NCAP測評要求,被動(dòng)安全開(kāi)發(fā)將如何開(kāi)展呢?中汽中心工程院的被動(dòng)安全開(kāi)發(fā)專(zhuān)家們將從整車(chē)結構耐撞性開(kāi)發(fā)、車(chē)內乘員保護開(kāi)發(fā)兩個(gè)方面與大家共同分析探討。
(一)整車(chē)結構耐撞性開(kāi)發(fā)
- 減小“相容性評價(jià)罰分”是未來(lái)車(chē)輛結構設計的一大重點(diǎn)。
在MPDB工況實(shí)施之前,車(chē)身正面結構設計主要面向正碰及ODB兩個(gè)工況,此兩種工況結構兼容性開(kāi)發(fā)行業(yè)經(jīng)驗較為成熟。ODB工況的開(kāi)發(fā),多以加強縱梁結構剛度的方案為主,以實(shí)現提升前艙結構件的吸能能力的目的。但MPDB工況的前艙結構設計過(guò)強,會(huì )導致碰撞能量更多的被壁障所吸收,車(chē)體對壁障的攻擊性更強,過(guò)強縱向傳遞結構容易導致壁障擊穿,無(wú)法滿(mǎn)足兼容性評估要求。對MPDB工況來(lái)說(shuō),需要考慮進(jìn)一步降低前艙的結構剛度,緩解車(chē)體對壁障的攻擊性。
那么哪兒些因素會(huì )對壁障兼容性產(chǎn)生明顯影響呢?總結下來(lái)包括以下幾點(diǎn):碰撞車(chē)輛質(zhì)量、前艙吸能空間、承力結構件與壁障的接觸面積、傳力結構件剛度。
碰撞車(chē)輛的實(shí)驗質(zhì)量對壁障OLC指標影響非常大。以某SUV車(chē)型為例,調整該車(chē)型的配重信息,CAE計算結果如下表所示。
算例 | 方案說(shuō)明 | SD(壁障) | OLC g(壁障) | 時(shí)間(ms) | ||
T1 | T2 | T2-T1 | ||||
1 | 原始重量(2150kg) | 81 | 38.9 | 30.2 | 81.2 | 51 |
2 | 調整配重(1950kg) | 76 | 7.4 | 30.6 | 81.9 | 51.3 |
3 | 調整配重(1750kg) | 70 | 36 | 30.9 | 81.9 | 51 |
4 | 調整配重(1550kg) | 65 | 34.5 | 31.2 | 82.2 | 51 |
通過(guò)上表可以看出,目標車(chē)碰撞質(zhì)量每減少200kg,壁障的OLC將降低約1.5g左右,當開(kāi)發(fā)車(chē)型基本信息確定后,車(chē)型整備質(zhì)量將是MPDB兼容性罰分指標分解的一個(gè)重要參考依據。
MPDB碰撞過(guò)程中,壁障與防撞梁、副車(chē)架及輪胎結構產(chǎn)生接觸,如下圖所示。接觸產(chǎn)生較大的碰撞力,其中輪胎與壁障的接觸面積較大,受力平臺在60~80KN之間,高于副車(chē)架結構受力,對MPDB壁障產(chǎn)生的沖擊較大。不同接觸區域的車(chē)身結構剛度不同,導致壁障蜂窩鋁的變形出現不均勻現象,引起SD指標的變化。
下圖是兩款不同結構車(chē)型的SD計算結果,其中車(chē)型1為含副車(chē)架傳力結構,車(chē)型2為不含副車(chē)架傳力結構??梢钥闯?,增加副車(chē)架傳力通道后,SD指標可以從100mm降至80mm,改善效果非常明顯。
下圖是某款車(chē)型不同前艙吸能空間的影響分析,其中車(chē)型1較車(chē)型2增加了100mm的縱梁長(cháng)度。經(jīng)過(guò)計算分析,可以看出,前艙空間加大100mm后,車(chē)體及壁障加速度均出現了不同程度的緩和,碰撞歷程更長(cháng)。壁障的OLC指標從39g降低到了36g。
圖1 前艙空間示意圖 圖2 車(chē)體加速度對比
圖3 壁障加速度對比
- 尋求結構設計的均衡點(diǎn)仍是開(kāi)發(fā)主流。
2024版C-NCAP正碰工況由50km/h速度提升到了不低于55km/h碰撞速度。碰撞總能力提高了20%。這對前艙結構吸能提出了更大的挑戰。下圖是采用滿(mǎn)足2021版C-NCAP正碰開(kāi)發(fā)需求的車(chē)型,進(jìn)行2024版C-NCAP正碰分析對比結果??梢钥闯?,碰撞速度提升后,前艙被擠壓的量更大、前圍入侵超過(guò)了100mm,B柱加速度提高了10g。因此2021版C-NCAP正碰結構設計,并不能滿(mǎn)足2024版C-NCAP正碰開(kāi)發(fā)需求。
正面碰撞工況車(chē)身耐撞性設計基本原則仍然是合理設計能量的吸收與傳遞,滿(mǎn)足2024版C-NCAP的整車(chē)結構耐撞性設計需平衡多工況設計需求。在車(chē)體架構初期,結合FRB等工況的吸能需求,確定前端車(chē)體架構設計,包括吸能區、傳力結構等的設計。MPDB對車(chē)輛機艙傳力結構的設計需求更加明顯。車(chē)輛需要設計多條傳力路徑來(lái)變形吸收能量。除主縱梁外,副車(chē)架作為前端傳力路徑應盡早介入吸能,避免碰撞力集中導致?lián)舸?;有效吸收MPDB碰撞能量可減小臺車(chē)速度變化,降低OLC罰分。同時(shí)增加防撞梁覆蓋面積與強度,避免碰撞過(guò)程中斷裂和撕裂,形成尖銳接觸導致壁障擊穿。乘員艙結構要設計的足夠“剛”,以便為乘員保護提供足夠的生存空間。
前碰工況的開(kāi)發(fā),在結構布置上需要注意避免X向結構重疊,如蓄電池、助力泵等結構X間隙過(guò)小,會(huì )導致踏板跳動(dòng)超標、前圍入侵過(guò)大。對于前艙空間較小的車(chē)型,需要重點(diǎn)監控縱梁kickdown區域的變形, kickdown變形過(guò)大會(huì )引起前圍腳部區域的焊點(diǎn)失效,導致被評價(jià)罰分。
- 側面結構開(kāi)發(fā)需關(guān)注新型壁障SC-MDB的應用
2024版C-NCAP側面碰撞工況引入了SC-MDB壁障,SC-MDB蜂窩鋁剛度設計與AE-MDB差異較大,主要特點(diǎn)是中間軟、兩端硬,因此目標車(chē)B柱結構的加強,并不能很好的延緩壁障入侵。SC-MDB碰撞速度為60km/h,臺車(chē)重量是1.7t,總體碰撞能量較AE-MDB提高了約75%。
新型壁障SC-MDB的應用,對側面結構開(kāi)發(fā)提出了新的挑戰。下圖是某2021版C-NCAP五星車(chē)型的側碰CAE結果對比。
預研分析發(fā)現,SC-MDB較AE-MDB工況,側面侵入量整體增大了約80%,侵入速度增大了約50%。SC-MDB的特點(diǎn)是中間剛度偏低,兩端剛度偏高,因此對于碰撞目標車(chē)而言,前、后車(chē)門(mén)被擠壓程度大大增加,導致車(chē)門(mén)入侵量及入侵速度偏大,假人傷害風(fēng)險增加。
側面結構耐撞性開(kāi)發(fā)應采用能量傳遞、傳力路徑、斷面分析等手段,針對碰撞的關(guān)鍵結構如門(mén)檻、車(chē)門(mén)防撞梁、座椅橫梁、A/B/C柱等進(jìn)行設計,更甚需要考慮優(yōu)化各結構件的搭接形式、搭接面積等因素。同時(shí)考慮新工藝、新材料應用。柱碰作為一種側面碰撞的極惡劣工況,工作重點(diǎn)集中在B柱、門(mén)檻、A柱等側圍框架的結構設計上。由于乘員艙側面空間相對偏小,為確保乘員生存空間滿(mǎn)足需求,側面結構需要有足夠的剛度才行。