汽車后保險杠低速碰撞的法規(guī)及布置要求

柳蕭 楊新明 呂鑫 張雅強 王秀錦

（奇瑞汽車股份有限公司）

隨著世界汽車保有量的增加及道路交通傷害事故率的不斷上升，汽車耐撞性能已經(jīng)成為汽車設(shè)計過程中的重要一環(huán)。其中，對汽車后保險杠低速碰撞的要求也越來越高，在汽車低速碰撞過程中，不僅要求減小車輛結(jié)構(gòu)碰撞損傷及改善修復(fù)性能，使得車輛結(jié)構(gòu)除了必須能滿足保護乘員及行人以外，還要盡可能保護車身的主要框梁結(jié)構(gòu)不受損壞，以降低車輛修復(fù)成本?；谀壳霸O(shè)計的要求，文章對某車型進行模擬碰撞校核，根據(jù)校核總結(jié)出后保險杠與其周邊件的布置距離要求。

1 保險杠相關(guān)的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)

1.1 保險杠主要法規(guī)

目前對汽車保險杠采用的標(biāo)準(zhǔn)主要有中國國標(biāo)GB 17354—1998、歐標(biāo) ECE R42和美標(biāo) FMVSS PART 581，其中，GB 17354—1998等效采用ECE R42的內(nèi)容。

1.2 保險杠法規(guī)試驗的基本要求

保險杠標(biāo)準(zhǔn)中要求的基本試驗條件有5點[1-2]：

1）試驗車輛必須處于停止?fàn)顟B(tài)；

2）試驗車輛的前輪必須處在直行位置，輪胎應(yīng)按制造廠規(guī)定的氣壓充氣；

3）制動器應(yīng)松開，變速器掛空擋，對于裝備油-氣懸掛、液力或空氣懸掛的車輛以及裝有自動調(diào)整懸架（能根據(jù)載荷自動對車輛進行調(diào)整）的車輛，應(yīng)在制造商規(guī)定的正常行駛條件下進行試驗；

4）試驗采用擺錘沖擊，其有效撞擊質(zhì)量等于被測試車輛的整備質(zhì)量，進行撞擊試驗時，試驗地面應(yīng)具備足夠的面積以便設(shè)置擺錘的驅(qū)動系統(tǒng)，供試驗車輛受撞后滑移以及安置試驗所需的設(shè)備等；

5）停放試驗車輛的地面應(yīng)水平、硬實與平整。

1.3 所用擺錘的對比及差異

標(biāo)準(zhǔn)中試驗要求的擺錘，主要有2種，如圖1所示。其中，擺錘的特性要求必須結(jié)構(gòu)堅固，其撞擊頭為高硬度鋼；擺錘的有效質(zhì)量應(yīng)與所試驗車輛的“空載質(zhì)量”相等；碰撞速度要求為：4 km/h和2.5 km/h[1-2]。

1.4 評價指標(biāo)對比及差異[1-2]

碰撞試驗后，對于車輛需要滿足的要求，美標(biāo)與中國國標(biāo)中存在差異，其中相同點有6點。

1）照明燈和信號裝置應(yīng)能持續(xù)正常工作并清晰可見，如果出廠時安裝好的照明裝置失調(diào)，允許進行調(diào)整以符合規(guī)定要求，但只限于采用法規(guī)的調(diào)整方法，如果燈絲斷了，應(yīng)允許更換燈泡；

2）車輛的發(fā)動機罩蓋、行李箱蓋和車門應(yīng)能正常開閉，并且汽車的側(cè)門應(yīng)在碰撞的作用下不能開啟；

3）車輛供油和冷卻系統(tǒng)應(yīng)無泄漏，不發(fā)生油路或水路堵塞，其密封裝置與油箱和水箱蓋應(yīng)能正常工作；

4）車輛的排氣系統(tǒng)不應(yīng)損壞和錯位；

5）車輛的傳動系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)（包括輪胎）、轉(zhuǎn)向和制動系統(tǒng)應(yīng)保持良好的調(diào)整狀態(tài)并能正常工作；

6）外部保護系統(tǒng)上用于吸收碰撞能量的壓力容器不能有破損和泄漏。

不同點為美標(biāo)比中國國標(biāo)的要求多出3條：

1）除碰撞頭外，擺錘的其他部分不能接觸車輛；

2）車輛的外表面不能有脫落物；

3）緊固件和連接處不應(yīng)有松動。

2 后保險杠低速碰撞校核解析

碰撞校核主要分為縱向碰撞與車角碰撞，此次主要介紹縱向碰撞校核。

2.1 空載狀態(tài)的校核步驟

1）根據(jù)國標(biāo)GB17354—1998或歐標(biāo)ECE R42確定在縱向碰撞、空載狀態(tài)下擺錘碰撞前后的空間位置，如圖2所示。碰撞前的位置：空載線與擺錘基準(zhǔn)線的距離為445 mm，同時與保險杠蒙皮接觸；碰撞后的位置：將擺錘沿X負(fù)向移動，與后保險杠橫梁剛好接觸，兩者之間有個切點，以此點為基點，將擺錘再往前移動30 mm，擺錘碰撞終止。

2）在碰撞后的位置，校核一下擺錘與行李箱蓋的位置關(guān)系，判斷后保險杠、后保險杠橫梁和行李箱蓋布置空間，要求擺錘不能與行李箱蓋干涉。圖3示出汽車空載狀態(tài)擺錘碰撞后的截面數(shù)據(jù)狀態(tài)示意圖。

2.2 滿載狀態(tài)的校核步驟

1）根據(jù)國標(biāo)GB 17354—1998或歐標(biāo)ECE R42確定在縱向碰撞、滿載狀態(tài)下擺錘碰撞前后的空間位置，如圖4所示。碰撞前的位置：滿載線與擺錘基準(zhǔn)線的距離為445 mm，同時與保險杠蒙皮接觸；碰撞后的位置：將擺錘沿X負(fù)向移動，與后保險杠橫梁剛好接觸，兩者之間有個切點，以此點為基點，將擺錘再往前移動30 mm，擺錘碰撞終止。

2）在碰撞后的位置，校核一下擺錘與行李箱蓋的位置關(guān)系，判斷后保險杠、后保險杠橫梁和行李箱蓋布置空間，要求擺錘不能與行李箱蓋干涉。圖5示出汽車滿載狀態(tài)擺錘碰撞后的截面數(shù)據(jù)狀態(tài)示意圖。

3 碰撞對后保險杠的布置要求

汽車塑料后保險杠主要由后保險杠蒙皮、后保險杠緩沖塊及后保險杠橫梁三部分組成。使用CATIA軟件模擬某車后保險杠的低速碰撞情況并進行數(shù)據(jù)校核，如圖6所示。經(jīng)校核分析，得出后保險杠低速碰撞中有8個關(guān)鍵數(shù)據(jù)，總結(jié)出后保險杠與其周邊件的布置距離要求，如表1所示。

表1 后保險杠與其周邊件的布置距離要求

4 結(jié)論

在擁擠的交通和停車場所中，汽車發(fā)生低速碰撞的頻率很高，提高汽車前后端保護裝置的性能很有必要。文章通過研究對保險杠系統(tǒng)的初期布置及低速碰撞的相關(guān)法規(guī)，得出以下結(jié)論：

1）通過保險杠系統(tǒng)與周邊件距離的合理布置可以盡量降低汽車在低速碰撞中所受的傷害，具體到某一款車型，還需要針對不同造型進行CAE分析；

2）通過對某車型的模擬數(shù)據(jù)校核，總結(jié)出部分?jǐn)?shù)據(jù)，可在設(shè)計新車型時作為參考；

3）通過對國標(biāo)與美標(biāo)的對比可讓人更好地理解國標(biāo)與美標(biāo)的差別所在，更好地理解國標(biāo)要求。

綜上，保險杠系統(tǒng)設(shè)計布置對汽車的低速碰撞有重要意義，在保險杠開發(fā)階段，需綜合考慮保險杠各方面設(shè)計布置對汽車的低速碰撞的影響，并通過CAE分析和碰撞試驗對保險杠布置進行考察和改善，不斷地提高汽車低速碰撞的性能。