中保研小偏置結(jié)構(gòu)性能開發(fā)研究

常曉宇,唐莉，廖慧紅

(吉利汽車研究院，浙江寧波 315000)

0 引言

中保研小偏置工況，主要來(lái)源于美國(guó)道路安全保險(xiǎn)協(xié)會(huì)(IIHS)的小偏置考察項(xiàng)。2012年，IIHS針對(duì)事故中出現(xiàn)較多的正面小重疊碰撞情況，發(fā)布了一項(xiàng)新的測(cè)試工況：正面25%偏置(又稱小偏置)碰撞試驗(yàn)，并規(guī)定了碰撞車速和試驗(yàn)方法，旨在進(jìn)一步促進(jìn)車輛正面碰撞保護(hù)性能的提升[1]。該試驗(yàn)可較好地模擬車頭一側(cè)與其他車輛、樹木或者電線桿等發(fā)生碰撞的事故形態(tài)。這項(xiàng)測(cè)試的嚴(yán)苛性就體現(xiàn)在車輛原本的吸能潰縮結(jié)構(gòu)難以發(fā)揮應(yīng)有的功效。IIHS于2016年修改小偏置測(cè)試規(guī)程，增加了乘員側(cè)小偏置碰撞內(nèi)容，并已于2018年把乘員側(cè)25%小偏置碰撞測(cè)試加入到安全評(píng)級(jí)中。

1 車輛小偏置性能總覽

在中國(guó)保險(xiǎn)汽車安全指數(shù)(C-IASI)發(fā)布的2018—2019年進(jìn)行試驗(yàn)的45款車中，小偏置性能優(yōu)秀和良好總數(shù)為27個(gè)，占比約為60%，該項(xiàng)性能成為車內(nèi)乘員安全指數(shù)評(píng)價(jià)項(xiàng)中體現(xiàn)差別的賽點(diǎn)，性能百分比如圖1所示[2],其性能評(píng)價(jià)匯總結(jié)果見表1。在C-IASI公布的成績(jī)單中，有豐田、本田這種評(píng)價(jià)為G優(yōu)秀的領(lǐng)跑者，同時(shí)在P較差的欄目里存在大眾途觀、別克GL8和大眾帕薩特這種在國(guó)內(nèi)銷量領(lǐng)先口碑不錯(cuò)的合資車。值得比較的是，這3款車中保研評(píng)價(jià)為P的車，在美國(guó)市場(chǎng)銷售的車輛IIHS評(píng)價(jià)小偏置性能都是G優(yōu)秀。該項(xiàng)性能的差別，透視了部分合資車國(guó)產(chǎn)化過程中對(duì)于性能要求的降低。對(duì)于廣大消費(fèi)者而言，這是倒逼車企提升對(duì)安全性能要求的成績(jī)單。

圖1 中保研小偏置性能評(píng)價(jià)百分比

表1 中保研小偏置性能評(píng)價(jià)匯總

2 小偏置性能開發(fā)思路

小偏置工況的特點(diǎn)如圖2所示[2]，具體如下：(1)整車縱梁未受到壁障的直接沖擊；(2)A柱及門檻受到較大沖擊；(3)整車尾部向右旋轉(zhuǎn)；(4)駕駛員頭部由于慣性向左前方傾斜。

圖2 中保研小偏置工況特點(diǎn)示意

整體上的應(yīng)對(duì)策略分為三類：(1)加強(qiáng)門環(huán)系統(tǒng)的強(qiáng)度；(2)滑移策略；(3)加強(qiáng)Y向力的傳遞。

2.1 加強(qiáng)門環(huán)系統(tǒng)

強(qiáng)度足夠的門環(huán)系統(tǒng)可以保證在門環(huán)系統(tǒng)中，A柱上部和門檻梁小偏置工況的截面力比例約為1∶3；翼子板上邊梁和縱梁的截面力比例約為2∶3的分配會(huì)比較合理。如A柱上截面承載能力過弱，會(huì)在小偏置沖擊中出現(xiàn)A柱上端彎折的狀況；而如果翼子板上邊梁位置的承載力過大則會(huì)導(dǎo)致A柱對(duì)應(yīng)翼子板上邊梁位置結(jié)構(gòu)承受過大沖擊，A柱內(nèi)外板有分離風(fēng)險(xiǎn)，從而導(dǎo)致乘員艙侵入量增大。

A柱內(nèi)外板的腔體承載力非常關(guān)鍵，因?yàn)锳柱承擔(dān)著縱梁、翼子板上邊梁以及輪胎的三重沖擊，對(duì)應(yīng)A柱上的傳遞路徑和截面力設(shè)計(jì)盡量不要有大的梯度，很多車型在A柱位置采用超高強(qiáng)度鋼或2.0 mm以上DP600的板材用于保證一定的承載力。

關(guān)于A柱與門檻的搭接建議采用全包裹搭接，這樣在A柱下端受到?jīng)_擊時(shí)，較大的搭接強(qiáng)度可降低鉸鏈柱斷裂的風(fēng)險(xiǎn)。門環(huán)系統(tǒng)加強(qiáng)以及截面力設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖3 門環(huán)系統(tǒng)加強(qiáng)以及截面力設(shè)計(jì)示意

2.2 滑移策略

滑移策略如圖4所示。為實(shí)現(xiàn)滑移策略一般采用以下措施：(1)防撞梁Y向向外伸出，在前橫梁最外側(cè)設(shè)計(jì)三角導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，利于輪胎的滑出，同時(shí)翼子板上邊梁與縱梁的連接要強(qiáng)，避免碰撞中直接沖擊A柱；(2)副車架擺臂點(diǎn)A位置在碰撞中發(fā)生失效(螺栓剪切)，點(diǎn)C位置帶著輪胎以點(diǎn)B為軸旋轉(zhuǎn)，輪胎被偏移拉出，最后三點(diǎn)位置失效。對(duì)于點(diǎn)C位置要求有足夠的連接強(qiáng)度，避免其在碰撞中過早的發(fā)生失效。采用滑移策略的典型車型是Volvo XC90(圖5)，在小偏置工況車輛在前進(jìn)過程中Y向滑移明顯，輪胎滑移飛出，最終車輛在小偏置沖擊過程中A柱與碰撞器的直接沖擊力降低很多，使得車輛前端與壁障Y向重疊量降低。這里面值得注意的是，Volvo XC90底盤結(jié)構(gòu)Y向有很強(qiáng)的支撐結(jié)構(gòu)才能支撐輪胎的滑移動(dòng)作，否則如果副車架點(diǎn)B位置支撐不住，輪胎的外擺動(dòng)作將無(wú)法完成。

圖4 滑移策略示意

圖5 XC90底盤

2.3 加強(qiáng)Y向力的傳遞

相對(duì)于設(shè)計(jì)難度較高的輪胎滑移策略，加強(qiáng)車輛的Y向力傳遞是目前提升在產(chǎn)車輛性能的較好的整改方向。對(duì)于小偏置工況，車輛的整體運(yùn)動(dòng)姿態(tài)是車頭向右側(cè)車尾并向左側(cè)旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的原因是車頭位置左側(cè)受到壁障的沖擊產(chǎn)生Y向力，相對(duì)于車輛整體的重心是一個(gè)順時(shí)針方向的彎矩。因此加強(qiáng)車輛前端3個(gè)主要的Y向傳遞路徑，則可以有效地提升車輛受到的彎矩，促使車輛盡早旋轉(zhuǎn)，規(guī)避壁障與A柱的剛性沖擊。Y向傳遞路徑示意如圖6所示。

圖6 Y向傳遞路徑示意

3 某款車的具體方案及實(shí)施效果驗(yàn)證

基于平臺(tái)車系，對(duì)小偏置進(jìn)行性能整改。主要采用兩類整改相結(jié)合：(1)加強(qiáng)門環(huán)系統(tǒng)強(qiáng)度；(2)加強(qiáng)Y向力的傳遞。整改結(jié)構(gòu)方案如圖7所示。

圖7 整改結(jié)構(gòu)方案示意

圖中虛線1示意位置的結(jié)構(gòu)用于加強(qiáng)門環(huán)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，虛線2用于增加Y向傳力和縱梁傳力。圖中虛線2位置結(jié)構(gòu)用于引導(dǎo)翼子板上邊梁后端結(jié)構(gòu)在受到小偏置沖擊時(shí)，整體結(jié)構(gòu)向車輛機(jī)艙內(nèi)部倒入，避免結(jié)構(gòu)堆積到A柱前端造成A柱侵入量過大。

整改前試驗(yàn)的結(jié)構(gòu)類整體評(píng)價(jià)為M，整改后試驗(yàn)結(jié)構(gòu)類評(píng)價(jià)為G，性能提升效果明顯。整改前后結(jié)構(gòu)評(píng)估結(jié)果如圖8和圖9所示。

圖8 整改前結(jié)構(gòu)評(píng)估結(jié)果

圖9 整改后結(jié)構(gòu)評(píng)估結(jié)果

由圖可知，采用加強(qiáng)A柱上鉸鏈加強(qiáng)板的方式，增加該位置的X向沖擊承載能力，有利于降低A柱X向位移；加寬吸能盒方案，加寬的吸能盒和防撞梁有利于在碰撞前期增加Y向力的傳遞；在吸能盒與縱梁連接端板后端增加剛性塊，在吸能盒壓潰防撞梁側(cè)邊向后彎折時(shí)，該剛性塊可抵住縱梁結(jié)構(gòu)，使得壁障對(duì)于車輛的沖擊更多地向縱梁和Y向傳遞；剛性塊位于變速器側(cè)面，在縱梁受到?jīng)_擊有內(nèi)彎趨勢(shì)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)左側(cè)懸置會(huì)受到很大的沖擊力，剛性塊通過縱梁—?jiǎng)傂詨K—變速器的力的傳遞路徑輔助發(fā)動(dòng)機(jī)左懸置完成了Y向力的傳遞，剛性塊對(duì)整體車姿的后期旋轉(zhuǎn)起到了很重要的力的傳遞作用。

4 結(jié)論

文中主要從小偏置性能開發(fā)實(shí)例入手，解析小偏置性能開發(fā)的幾個(gè)策略在實(shí)際應(yīng)用過程中遇到的問題以及解決措施。對(duì)于基于已有車型進(jìn)行小偏置性能改進(jìn)，主要建議為：(1)基于目前車型傳遞路徑檢查截面力分配比例，并將其調(diào)整到較為合理的截面力比例(A柱上和門檻梁小偏置工況的截面力比例約為1∶3，翼子板上邊梁和縱梁的截面力比例約為2∶3)；(2)加強(qiáng)Y向力的傳遞，Y向力的傳遞路徑承載能力越強(qiáng)，車輛Y向位移越大，越有利于減小壁障對(duì)于車輛的沖擊破壞;(3)預(yù)防翼子板上邊梁位置X向結(jié)構(gòu)堆積，在小偏置工況中翼子板上邊梁位置結(jié)構(gòu)向車內(nèi)彎倒對(duì)于控制A柱侵入量以及A柱內(nèi)板的撕裂效果明顯。