基于2021版C-NCAP和IIHS側(cè)面碰撞工況車輛結(jié)構(gòu)性能研究

崔東　王龍亮　方銳　胡帛濤　苗澍

摘 要：本文對2021版C-NCAP和IIHS側(cè)面碰撞工況進(jìn)行了詳細(xì)的對比，并采用有限元分析方法對某款SUV車型的側(cè)面碰撞結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行詳細(xì)分析。結(jié)果表明，IIHS側(cè)面碰撞工況對車身結(jié)構(gòu)耐撞性的要求要明顯高于C-NCAP工況，相對應(yīng)的B柱、前后車門的侵入量和侵入速度都有不同幅度的增加。

關(guān)鍵詞：C-NCAP IIHS 側(cè)碰工況 車輛結(jié)構(gòu)性能

1 引言

為了減少側(cè)面碰撞給乘員帶來的損傷，不同的國家根據(jù)各自國情制定了側(cè)面碰撞標(biāo)準(zhǔn)，其中最具有代表性的是中國新車評價規(guī)程（C-NCAP）2021版?zhèn)让媾鲎埠兔绹钒踩ｋU協(xié)會（IIHS）的Side Impact Crashworthiness Evaluation 2.0。這兩種標(biāo)準(zhǔn)都是采用移動壁障撞擊試驗車輛的方法進(jìn)行驗證，但是移動壁障的尺寸、質(zhì)量、剛度、碰撞速度以及乘員傷害指標(biāo)都不相同，為了研究不同側(cè)面碰撞工況下車輛的結(jié)構(gòu)性能，有必要對這兩種標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對比分析。

2 C-NCAP和IIHS側(cè)碰工況解析

在2021版C-NCAP和最新的IIHS中，側(cè)面可移動壁障碰撞工況設(shè)定如下圖1所示。

對于兩種碰撞工況分別從碰撞速度、碰撞位置、壁障質(zhì)量、假人進(jìn)行對比分析，具體參數(shù)如表1所示[1][2]。

由上表可以看出，C-NCAP側(cè)面碰撞工況相對IIHS側(cè)面碰撞差異較大，C-NCAP側(cè)面碰撞速度、壁障質(zhì)量相對較小，對應(yīng)的初始能量少了將近1倍。碰撞位置也不相同，C-NCAP側(cè)面碰撞相對比較固定，IIHS側(cè)面碰撞根據(jù)車型軸距不同，碰撞位置有所不同。碰撞所采用的假人也不相同，C-NCAP側(cè)面碰撞前排采用WS50th假人，后排采用SID-IIs（D版）假人，副駕駛采用ESII假人，IIHS側(cè)面碰撞前排和后排均采用SID-IIs（D版）假人。

3 車輛結(jié)構(gòu)對不同側(cè)面碰撞工況的性能分析

為研究同一車型在不同側(cè)碰工況中的性能響應(yīng)，本文選取了具有市場代表性的SUV車型，分別建立了C-NCAP和IIHS可移動壁障側(cè)碰模型。為了準(zhǔn)確研究車輛結(jié)構(gòu)性能的響應(yīng)，本文分別從B柱、前后車門的侵入量和侵入速度，進(jìn)行分析[3]。

3.1 B柱侵入量和侵入速度對比分析

在整車結(jié)構(gòu)中，B柱是連接下車體和頂棚的重要部件，對車輛側(cè)面碰撞的耐撞性有直接影響，是重要吸能件，對乘員保護(hù)起到關(guān)鍵作用，B柱的侵入量決定了乘員的生存空間，侵入速度主要影響乘員的二次碰撞[4]。

為了準(zhǔn)確分析B柱對假人的傷害，本文在B柱建立了5個位移傳感器和5個速度傳感器（B柱頂部、上部、中部、下部、底部），對應(yīng)于假人的頭部、頸部、胸部、腹部、腿部5個位置，分析B柱的侵入量和侵入速度對假人可能造成的傷害。

對比結(jié)果顯示，C-NCAP和IIHS側(cè)面碰撞工況下，B柱由中間向兩端侵入有不同幅度增加，但是IIHS對應(yīng)B柱的侵入量更大，最大值為191mm，而C-NCAP最大侵入量為129mm，增幅均值為50%，在B柱底部侵入增幅更大，由9mm增加到68mm，B柱底部發(fā)生彎折，對假人腿部傷害較大。

在侵入速度對比中，C-NCAP和IIHS側(cè)面碰撞中B柱中間區(qū)域速度較大，兩端相對較低，同時IIHS側(cè)面碰撞中B柱侵入速度整體比C-NCAP側(cè)面碰撞高，最大值分別為9.5m/s和6.5m/s，都對應(yīng)于假人的腿部區(qū)域。

3.2 車門侵入量和侵入速度對比分析

在側(cè)面碰撞中，車門的侵入量直接影響前后排乘員的生成空間，如何最大限度減小車門的侵入量和侵入速度是側(cè)面碰撞工況的開發(fā)重點(diǎn)[5]。

為了測量車門的侵入量和侵入速度，同樣在前后車門的上部、中部以及下部建立了3個位移傳感器和3個速度傳感器。

兩種碰撞工況下前車門侵入量曲線變化平穩(wěn)、無突增突減，且整體變化趨勢相同。但I(xiàn)IHS側(cè)面碰撞工況整體侵入量更大，最大值為201.5mm，增幅達(dá)到31%。

后車門侵入量曲線變化平穩(wěn)、無突增突減。但I(xiàn)IHS側(cè)面碰撞工況最大侵入量在后車門的下部，為198mm，而C-NCAP工況發(fā)生在后車門的上部，最大值為65mm，這與后車門的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有很大關(guān)系，C-NCAP工況下車門未發(fā)生壓潰，而IIHS工況下后車門整體壓潰。

兩種碰撞工況下前車門侵入速度曲線整體變化趨勢相同。但I(xiàn)IHS側(cè)面碰撞工況最大侵入速度為9.46m/s，而C-NCAP工況最大值為7.07m/s，增幅達(dá)到28%。

通過分析，IIHS側(cè)面碰撞工況下各種傷害指標(biāo)比C-NCAP工況下偏高，這與IIHS工況的壁障初始能量相關(guān)，畢竟兩種工況的初始能量相差一倍，這兩種工況的設(shè)置也與各自的國情有關(guān)，美國消費(fèi)者比較青睞大排量、整備質(zhì)量較重的皮卡車型，而中國消費(fèi)者更加偏愛小排量、整備質(zhì)量較小的經(jīng)濟(jì)車型。若基于C-NCAP開發(fā)的車型出口美國，該車型的車身結(jié)構(gòu)需要加強(qiáng)優(yōu)化。

4 結(jié)語

通過對IIHS和2021版C-NCAP側(cè)面碰撞工況的比較及兩工況下車身結(jié)構(gòu)響應(yīng)的分析可知：

（1）IIHS側(cè)面碰撞工況壁障碰撞速度、壁障質(zhì)量相對C-NCAP側(cè)面壁障較大，初始能量比后者高出將近1倍。

（2）IIHS側(cè)面碰撞工況對車身結(jié)構(gòu)耐撞性的要求要明顯高于C-NCAP工況，同款車型IIHS碰撞側(cè)面結(jié)構(gòu)變形明顯差于C-NCAP工況。

（3）相同車型下，IIHS側(cè)面碰撞工況對應(yīng)B柱、前后車門的侵入量和侵入速度都有不同幅度的增加。

參考文獻(xiàn)：

[1]中國汽車技術(shù)研究中心.中國新車評價規(guī)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，黃維茹，王旗.某車型基于C-IASI和2018版C-NCAP側(cè)面碰撞工況的對比分析[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2021（07）：56-58.

[4]胡遠(yuǎn)志，鄒緣良，劉西，等.基于不同新車評價規(guī)程的側(cè)面碰撞仿真分析[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2017，31（04）：1-9.

[5]彭宇玲，郭獻(xiàn)洲.基于汽車側(cè)面碰撞安全性B柱結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計[J].機(jī)械設(shè)計與制造，2020，No.350（04）：157-162.