車輛修復(fù)在碰撞試驗(yàn)中的作用及意義

王立民 黃志剛 肖丕林

1.中國汽車技術(shù)研究中心有限公司 天津市 300300 2.天津眾檢機(jī)動車鑒定評估有限公司 天津市 300171

1 引言

盡管計算機(jī)虛擬仿真技術(shù)使用越來越廣泛，實(shí)車碰撞試驗(yàn)在被動安全領(lǐng)域仍有著不可替代的作用。在車輛開發(fā)階段，需要按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行大量實(shí)車碰撞試驗(yàn)收集假人傷害值、視頻照片、氣囊標(biāo)定相關(guān)參數(shù)等大量數(shù)據(jù)，并與仿真結(jié)果進(jìn)行對比。實(shí)車碰撞試驗(yàn)是判定一輛汽車被動安全性能最有效的方式，能最直觀地展示車輛出現(xiàn)碰撞事故后可能出現(xiàn)的結(jié)果，向研發(fā)人員提供最準(zhǔn)確的在相應(yīng)工況下的試驗(yàn)數(shù)據(jù)包括車輛損傷情況，車身結(jié)構(gòu)變形情況，高壓電安全和假人傷害情況。同時，實(shí)車碰撞試驗(yàn)數(shù)據(jù)是最重要的仿真參數(shù)來源之一，準(zhǔn)確的試驗(yàn)數(shù)據(jù)能幫助優(yōu)化仿真模型，給出更準(zhǔn)確的仿真結(jié)果。目前來看，各國各地區(qū)的被動安全準(zhǔn)入法規(guī)和評價體系均是以實(shí)車碰撞試驗(yàn)結(jié)果為準(zhǔn)。

實(shí)車試驗(yàn)最大的弊端在于成本過高。與其他車輛開發(fā)試驗(yàn)不同，碰撞試驗(yàn)特別是高速碰撞試驗(yàn)會造成車輛不可逆的結(jié)構(gòu)變形及損傷。在研發(fā)階段，車企要按照標(biāo)準(zhǔn)完成正面、側(cè)面等大量碰撞試驗(yàn)。因此，車企進(jìn)行實(shí)車碰撞試驗(yàn)除了要付出試驗(yàn)費(fèi)用外還要承擔(dān)大量樣車制造帶來的成本。在當(dāng)下汽車產(chǎn)業(yè)競爭越來越激烈，單車?yán)麧櫜粩嘞麓斓臓顩r下，過高的研發(fā)成本無疑會給車企帶來巨大的經(jīng)營壓力。通過科學(xué)合理的方法對車輛進(jìn)行評估，結(jié)合有針對性的必要修復(fù)，利用試驗(yàn)后車身相對完好的部位完成二次試驗(yàn)，既保證了試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，又能節(jié)省樣車，降低車企的試驗(yàn)成本。目前來看，大眾、福特、馬自達(dá)等廠家在研發(fā)試驗(yàn)階段都有碰撞樣車重復(fù)使用的經(jīng)驗(yàn)?？偨Y(jié)車輛修復(fù)和試驗(yàn)安排的經(jīng)驗(yàn)方法，對于推廣碰撞樣車重復(fù)利用，幫助車企降低成本具有重要意義。

2 碰撞試驗(yàn)中的維修工作概述

用途和目的不同使得應(yīng)用于碰撞試驗(yàn)中的車輛修復(fù)和傳統(tǒng)意義上的汽車維修有很大不同。一般來講，4s 店和汽修店對車輛的維修是利用各種技術(shù)排查故障原因，并采取措施使車輛恢復(fù)外觀上、功能上的完好狀況。常規(guī)車輛維修是以實(shí)現(xiàn)正常駕駛等基本功能為主要目的。而在被動安全研發(fā)測試領(lǐng)域，駕駛功能則并不是必須的，試驗(yàn)車輛通常由牽引系統(tǒng)拖拽來達(dá)到預(yù)設(shè)速度。對于大多數(shù)經(jīng)歷過一次試驗(yàn)準(zhǔn)備二次試驗(yàn)的車輛，并不需要達(dá)到完好無損的車輛狀況。例如，某一試驗(yàn)樣車做完高速正碰后計劃使用該車再執(zhí)行一次側(cè)面碰撞。此時，雖然前機(jī)蓋、翼子板、前保險杠、前縱梁等部件均出現(xiàn)嚴(yán)重塑性變形，但由于側(cè)碰撞擊位置主要集中于車門附近，前機(jī)艙部件狀態(tài)對側(cè)碰試驗(yàn)結(jié)果幾乎毫無影響，故而不需要對上述劇烈變形的部件進(jìn)行更換或維修。因此，二次碰撞試驗(yàn)前的修復(fù)相比于傳統(tǒng)車輛修復(fù)更為簡便，維修成本大幅降低。如圖1 所示，按2018 版CNCAP 正碰標(biāo)準(zhǔn)以50km/h 高速撞擊固定壁障后，前機(jī)艙嚴(yán)重變形，但紅框中的乘員艙和后備箱等結(jié)構(gòu)保存完好。

圖1 2018 版CNCAP 正碰試驗(yàn)后的車輛狀況

應(yīng)用于碰撞試驗(yàn)中的車輛修復(fù)是以滿足下一次碰撞試驗(yàn)的要求為前提，在盡量降低成本的情況下進(jìn)行的車輛清理維修工作。根據(jù)一次試驗(yàn)的損傷情況和二次試驗(yàn)的特性要求制定維修方案才是碰撞試驗(yàn)中維修工作的重中之重。

3 碰撞試驗(yàn)中的維修工作具體應(yīng)用

通過長期以來大量的相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)，本文總結(jié)了一些應(yīng)用于碰撞試驗(yàn)中的車輛維修的經(jīng)驗(yàn)方法。以試驗(yàn)樣車在一次高速正碰后準(zhǔn)備二次側(cè)面碰撞試驗(yàn)為例，修復(fù)過程通常分為清理、支架安裝、配重、車輛姿態(tài)調(diào)節(jié)、低壓電路維修等方面。

在高速正碰后的修復(fù)階段要拆除嚴(yán)重變形的前機(jī)蓋、翼子板、前保險杠。清理各種撞損的塑料件碎片，如前圍、儲油/液罐、車燈、冷卻風(fēng)扇等。在剩余的車身框架，如翼子板承載支架或縱梁前端上焊接或用螺栓固定支架。支架上用于搭載數(shù)據(jù)采集設(shè)備或配重塊等。碰撞試驗(yàn)前，試驗(yàn)車輛都會有整備質(zhì)量和目標(biāo)試驗(yàn)質(zhì)量等參數(shù)。由于前機(jī)艙拆除了大量損壞部件，前軸質(zhì)量變小，一般需要對前軸進(jìn)行配重。支架安裝高度不宜過高，避免過多影響車輛重心的高度。

目前絕大多數(shù)乘用車都采用承載式車身結(jié)構(gòu)，車身是由各部件焊接在一起的完整剛性體。汽車中的彈性元件主要集中在懸架部分。在碰撞檢測領(lǐng)域，定義車輛姿態(tài)的參數(shù)主要是門檻高度。門檻高度在側(cè)面碰撞，特別是采用移動吸能壁障（MDB）的側(cè)面碰撞中是非常重要的試驗(yàn)參數(shù)之一。由于臺車上蜂窩鋁的離地高度是標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的固定值，在某種MDB 工況下，門檻高度不同，臺車撞擊位置出現(xiàn)不同，假人傷害值也會出現(xiàn)差異。嚴(yán)重的門檻過高會導(dǎo)致車輛重心偏高，在MDB 碰撞中出現(xiàn)側(cè)翻的風(fēng)險。

對于一輛完好的汽車，車輛承載質(zhì)量不同，門檻高度不同，承載質(zhì)量越大，門檻高度越低。車輛前懸分布在前輪附近，位于前機(jī)艙，高速正碰試驗(yàn)時，懸架受到?jīng)_擊，可能會產(chǎn)生一定變形。這時，即便通過配重使得車輛總重和前后軸荷都符合設(shè)計要求，各門檻高度與新車在同樣承載質(zhì)量下的門檻高度也可能存在差異。這時需要通過調(diào)節(jié)門檻高度對車身姿態(tài)進(jìn)行校準(zhǔn)。二次試驗(yàn)的要求在于盡可能的還原新車的試驗(yàn)狀態(tài)，如果門檻高度沒有設(shè)計值，可以在試驗(yàn)前把新車配重到目標(biāo)試驗(yàn)質(zhì)量，實(shí)際測量門檻高度并記錄，用于指導(dǎo)后續(xù)側(cè)碰試驗(yàn)。

對于低壓電源布置在前機(jī)艙的車輛來說，前機(jī)艙容納了各類線束和12V 鉛酸蓄電池、保險盒、大燈、起動機(jī)等電源電器。高速正碰試驗(yàn)可能會造成這些零部件嚴(yán)重受損。試驗(yàn)后需要針對下個試驗(yàn)需求對部分線路進(jìn)行修復(fù)。如恢復(fù)12V 電源供電功能，保障車輛正常低壓上電、儀表板點(diǎn)亮顯示狀態(tài)、為ECU 工作供電、為安全帶氣囊點(diǎn)爆供電、車輛車門落鎖等等。

經(jīng)過上述步驟修復(fù)操作的試驗(yàn)后車輛基本可以用于準(zhǔn)備后續(xù)試驗(yàn)。

4 新能源車輛高壓系統(tǒng)維修工作

面對能源和環(huán)境等方面的重重壓力，新能源汽車產(chǎn)業(yè)得到各國政府的廣泛支持。各個車企推出越來越多的新能源車型，使得在車輛檢測試驗(yàn)領(lǐng)域和研發(fā)試驗(yàn)領(lǐng)域新能源車輛的占比越來越高。

根據(jù)GB/T31498-2021《電動汽車碰撞后安全要求》，車輛高壓電安全是碰撞試驗(yàn)中重要的考察項(xiàng)目。在試驗(yàn)前需要使車輛負(fù)載端接入高壓電，處于上Ready 的工作狀態(tài)。因此，對于準(zhǔn)備二次試驗(yàn)的新能源車輛，除了常規(guī)修復(fù)步驟外，還需要對車輛進(jìn)行高壓系統(tǒng)修復(fù)，使車輛能夠上Ready。高速碰撞試驗(yàn)難免損壞各類高壓部件。試驗(yàn)后的新能源車輛本就存在漏電、起火的風(fēng)險，屬于試驗(yàn)室中的高等危險源。新能源車輛高壓系統(tǒng)維修成為碰撞試驗(yàn)中車輛修復(fù)的難點(diǎn)。

進(jìn)行高壓系統(tǒng)維修前，需要對碰撞后車輛的電安全進(jìn)行測量和判定。首先對負(fù)載端電壓進(jìn)行測量，觀察試驗(yàn)后車輛自動斷電功能是否啟動，負(fù)載端線路是否還攜帶高壓電。之后，對車輛進(jìn)行物理防護(hù)方面的檢測，包括使用GB/T4208 定義的關(guān)節(jié)測試指（IPXXB）進(jìn)行直接接觸檢測，和低電阻計進(jìn)行間接接觸檢測，判斷外露可導(dǎo)電部分與電平臺之間是否處于等電勢。確定車輛安全后，可以對車輛進(jìn)行拆解維修等工作。

車輛拆解后，首先對高壓系統(tǒng)線束及高壓相關(guān)模塊進(jìn)行檢查，對碰撞中出現(xiàn)的高壓線束等破損處進(jìn)行絕緣修復(fù)，高壓系統(tǒng)模塊的損壞，如為不修復(fù)的狀態(tài)，則進(jìn)行相應(yīng)替換。當(dāng)然一般的高壓模塊進(jìn)行匹配后可實(shí)現(xiàn)一件多車用，同樣減少試驗(yàn)成本。

在高壓系統(tǒng)維修中，模塊的正常供電及通訊是修復(fù)的重中之重，在高壓系統(tǒng)的控制邏輯中，模塊之間的通訊是車輛的“神經(jīng)系統(tǒng)”，“神經(jīng)系統(tǒng)”的修復(fù)貫穿整個修復(fù)過程，如通訊出現(xiàn)問題，根據(jù)通訊線束損壞的不同形態(tài)，會出現(xiàn)單個或多個模塊之間通訊“癱瘓”，在修復(fù)中可參照通訊拓?fù)鋱D進(jìn)行系統(tǒng)性檢查修復(fù)。

高壓系統(tǒng)的存在再加上智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)的普及使得現(xiàn)代車輛的電子化程度越來越高，車輛內(nèi)部通信線路和電子架構(gòu)越來越復(fù)雜，車輛維修的難度也日益增加。隨著技術(shù)的進(jìn)步，電子診斷技術(shù)在新能源車輛維修中的應(yīng)用越來越廣泛。在無需拆解或診斷系統(tǒng)通訊修復(fù)完成后，能夠?qū)囕v內(nèi)部電子系統(tǒng)進(jìn)行全域快速診斷和故障精準(zhǔn)識別，通過存儲故障碼和直觀的參考數(shù)據(jù)為維修人員提供指導(dǎo)，幫助他們判斷故障類型和位置，更加準(zhǔn)確和高效地制定維修方案并處理汽車故障，大大提高維修效率。

5 精細(xì)試驗(yàn)安排

得益于世界范圍內(nèi)各國政府和消費(fèi)者對車輛安全性的重視程度日益提高，汽車碰撞安全領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展日新月異。越來越多的國家和地區(qū)推出了適用于自身狀況的法規(guī)或NCAP（新車評價規(guī)程）標(biāo)準(zhǔn)。車企在研發(fā)階段通常不止參考一種碰撞標(biāo)準(zhǔn)。一套碰撞試驗(yàn)往往包含高速、低速等多種類型的試驗(yàn)。所以，精細(xì)合理的試驗(yàn)安排配合車輛修復(fù)能最大限度地提高試驗(yàn)樣車使用價值。

安排試驗(yàn)矩陣時首先要遵循的準(zhǔn)則是頭部試驗(yàn)要保證后部試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)構(gòu)的完整性?，F(xiàn)代汽車在設(shè)計、選材、制造等領(lǐng)域越來越多的融入了提升被動安全性的考量，多采用“籠氏設(shè)計”。前機(jī)艙和后備箱作為“沖擊潰縮區(qū)”，在遭受碰撞時，通過穩(wěn)定的非線性大變形吸收動能。而乘員艙不僅在結(jié)構(gòu)設(shè)計上被重點(diǎn)加強(qiáng)，從選材上更是使用高強(qiáng)鋼或超高強(qiáng)鋼制作A 柱，B 柱、門檻等相關(guān)部件，目的在于形成牢固的框架結(jié)構(gòu)，為車內(nèi)乘員提供完整的生存空間。因此，乘員艙屬于車身上不易變形的“高強(qiáng)保護(hù)區(qū)”。在正面碰撞后，試驗(yàn)樣車除前機(jī)艙受損嚴(yán)重外，乘員艙和后備箱通常能夠保存完整，能夠用于執(zhí)行二次試驗(yàn)。如果在正面碰撞中，A 柱、門框等部件出現(xiàn)嚴(yán)重彎曲變形，則不適用于進(jìn)行二次側(cè)面碰撞，可考慮用于執(zhí)行后碰試驗(yàn)。

綜上所述，正面碰撞對乘員艙損傷較小，而在側(cè)面碰撞中，乘員艙直接承受可移動壁障或剛性柱的撞擊。B 柱、門檻和車門出現(xiàn)大范圍彎曲變形，乘員艙結(jié)構(gòu)嚴(yán)重受損。因此，正面碰撞后可以安排側(cè)面碰撞試驗(yàn)，側(cè)面碰撞試驗(yàn)后不能安排正面碰撞試驗(yàn)，可酌情安排后碰試驗(yàn)。

碰撞試驗(yàn)車輛上難免會安裝大量數(shù)據(jù)采集設(shè)備，包括車載傳感器信號采集設(shè)備、高速視頻采集設(shè)備等。如果后續(xù)試驗(yàn)有后碰的安排，則執(zhí)行前期試驗(yàn)時使用的設(shè)備不能用螺栓安裝在后備箱地板。因?yàn)楹笈鲈囼?yàn)主要考察的結(jié)構(gòu)是后備箱及油箱，在后備箱底板上打孔會破環(huán)該位置結(jié)構(gòu)，對試驗(yàn)造成不良影響?？梢栽诤蟊ｋU杠上焊接支架用于固定設(shè)備，等到準(zhǔn)備后碰試驗(yàn)時，更換新的后保即可。

通過大量試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，速度低于15km/h 的碰撞試驗(yàn)，如前后RCAR 試驗(yàn)、氣囊標(biāo)定全寬正碰試驗(yàn)等，試驗(yàn)后車輛損傷主要集中在前后保險杠和前后塑料圍板。通過更換這些損壞變形的部件可以復(fù)原車輛至完好的狀態(tài)。所以在高速試驗(yàn)前可以安排低速試驗(yàn)。對試驗(yàn)車輛利用最充分的試驗(yàn)安排可以是（按先后次序執(zhí)行）：前RCAR、后RCAR、高速正碰、左側(cè)面碰撞、右側(cè)面碰撞、高速追尾試驗(yàn)。

6 結(jié)論

通過合理的車輛修復(fù)和科學(xué)的試驗(yàn)安排能實(shí)現(xiàn)碰撞樣車的重復(fù)利用，有效節(jié)省車企研發(fā)成本。隨著新能源車型的增多和普及，新能源車輛的維修在車輛維修中的占比越來越高。高壓系統(tǒng)的存在和電子架構(gòu)的日益復(fù)雜使得新能源車輛的維修難度遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)車輛。通訊拓?fù)鋱D和電子診斷技術(shù)的使用能有效提高高壓系統(tǒng)維修的效率。