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摘要：在车辆安全研究领域，汽车碰撞试验是研究汽车安全性能的一个不可或缺的方面，通过碰撞实验可以客观真实地获取碰撞条件下车辆的变形抵抗力，客观评价车辆的安全性。本文主要研究了汽车侧面碰撞试验。
关键词：汽车；侧面碰撞；试验
前言
近年来国内汽车的保有量逐年上升，交通事故也是呈明显上升态势。根据交通事故统计，侧面碰撞约占事故总数的30%，是交通事故的主要形式。与正面和后面碰撞相比，车辆侧面碰撞对乘员造成的伤害更大，因此良好的侧面乘员保护性能对整车安全来说更为重要。
1 2018版C-NCAP与欧美NCAP被动测试对比分析
1.1偏置正碰项目
在大多数正面碰撞中，车辆的正面仅有一部分遭到撞击并且被破坏，即两辆相撞的汽车存在偏置。而该试验再现的是两辆相同重量且均以50km/h速度相向行驶的汽车发生碰撞时的场景，其碰撞产生的能量与64km/h速度的汽车与壁障碰撞产生的能量相当，从而达到模拟的目的。
1.2全尺寸正碰项目
100%重叠正面刚性碰撞在现实生活中很少有案例，只有与墙壁正面相撞的案例才符合测试所模拟的情况。该试验项目重点测试的是车辆乘员舱整体结构刚度和安全带系统性能。
1.3侧碰项目
该测试项目再现的是汽车在路口缓慢前行时，被侧面高速行驶的汽车垂直相撞。重点检测B柱（车门之间）周围的车身结构、配备侧面碰撞或侧窗安全气帘性能。在最近更新中，中国和欧洲将EuroSIDII型假人更换为WorldSID型假人。与前者相比WorldSID型假人是世界男性平均身高而不是西方国家男性平均身高，并且提高了生物仿真性。在早期版本中，中国和欧洲的移动壁障均为950kg；在最新版的NCAP要求中，为提高汽车安全性能区分度，增加了移动壁障的质量。IIHS认为NHTSA仅测试普通汽车所造成的侧碰，并没有包含其它各类车型。为此IIHS设计出一个不同的壁障——典型的SUV或皮卡前端的高度和形状，这种移动壁障的质量和底盘离地高度均大于其它测试。除NHTSA外，其它测试均是壁障与汽车垂直相撞，而NHTSA是呈27°角碰撞。[6]NHTSA的测试根据速度的矢量合成，将车轮与车身设置呈27°夹角、提高速度，既能使移动壁障可变形面与汽车被撞面在碰撞时重合，也能模拟侧碰情景。
1.4鞭打项目
这项试验模拟低速追尾事故，速度变化为16km/h，大约相当于一辆固定车辆被同重量的车辆以32km/h的速度从后方撞击。在低速追尾碰撞事故中，常常会发生颈部扭伤，虽然这种伤害很少会导致死亡，但这种快速和过度脊柱扭曲所引起的颈部扭伤不仅难以诊治，还会导致持续多年的长期疼痛和虚弱的症状。通过对头枕几何形状进行静态评估，了解头枕能否处于恰当的位置，以防止头部过度运动并提供有效的支持。动态滑车试验可表明座椅和头枕在常见碰撞情况下能否为头、颈部提供有效保护。由于减速滑车其固有的变异性较大，E-NCAP和C-NCAP官方不再接受减速滑车测试。
1.5侧面柱碰项目
该测试再现的是驾驶员超速、弯道误判，或者在路面湿滑情况下由于打滑而对车辆失去控制时与路旁的树干、柱子等刚性物体发生碰撞。C-NCAP没有将该项测试参与评分，是考虑到中国与欧美不同的国情：中国城市中的路灯和电线杆基本上被路肩和绿化带隔开，汽车很难与其相撞；欧美国家从20世纪初便开始电气化，设立路灯和电线杆时没有系统地进行规划，现在欧美国家城市中仍有相当部分的树、路灯、电线杆和道路之间缺乏有效的障碍与保护。
2碰撞性能提升方法
2.1开发输入条件及要求变化
首先2018版更换大壁障后，侧碰壁障质量的增加导致碰撞能量增加。根据能量计算公式E=12mv2，其中m=1400kg，v=50km/h，计算出侧碰台车能量为135.05kJ，比2015版增加47.3%，同时壁障高度抬高，门槛对侧碰的支撑作用减小，因此侧碰的侵入量和侵入速度会明显增加。
其次碰撞试验后增加了第二排假人的评价指标：除头部和骨盆外，对胸部和腹部性能进行评价。这就要求适当的提高后门及门槛后部的结构强度，控制其最大侵入量。综合以上两点：在侧面碰撞试验中，相对2015版达到同样的开发目标，新版的开发难度大幅提高，随之带来的是整车重量和开发成本的增加。
2.2开发目标设定
在碰撞性能开发过程中，前期一般对车身的开发目标进行设定，特别是B柱作为侧面碰撞受力的主框架，对其相关的侵入量和侵入速度都有要求，以满足后期的开发目标。对于五星车开发，一般建议B柱侵入量控制在120mm以内，侵入速度控制在7.5m/s以内。
2.3开发应对措施
对于侧面碰撞，在白车身的开发过程中，通过封闭的环形结构设计来增加车身的刚度和耐撞性，下图是侧面碰撞时车身的传力路径示意图。在碰撞过程中，B柱、门槛梁、座椅横梁、B柱下部贯通梁、上边梁等梁系结构起到至关重要的作用。下面从这几点详细介绍一下碰撞性能提升的措施。
图1 侧面碰撞传力路径
2.3.1 B柱结构形式及强度提升
方案一：B柱加强板采用热成型钢，材质B1500HS；内板采用B340/590DP高强钢板，板厚根据不同的车型和开发目标略有不同，一般加强板在1.5mm左右，内板1.6mm~2.0mm。
方案二：B柱加强板和内板采用激光拼焊，同时在加强板的内部增加一个内衬板，材质B340/590DP，料厚1.8mm~2.0mm。内板和加强板一般分成上下两段，采用不同的材质和料厚板材焊接而成。具体的板材选型可以根据CAE分析的结果选取，以达到轻量化设计的目的。
2.3.2门槛梁
门槛梁是车身侧围总成从前到后的贯通梁，在碰撞过程中起到和壁障接触面X向相互接触的作用，以达到整体传力的目的。对于门槛梁较高的车型，传力作用效果会更明显，如大中型SUV车型。在新版的开发过程中，要重点关注门槛梁两端接头的强度，因为碰撞能量的增加对于接头的强度提出了更高的要求。
2.3.3车门防撞梁结构
车门防撞杆在侧碰过程中主要限制车门的侵入量和侵入速度。一般要布置在移动壁障突出的块所接触的区域，要有足够的弯矩和强度来抵抗侵入变形。防撞梁结构一般有两种形式。一个是“M”形断面的热成型防撞梁，其承受的受力面积更大，作用效果更好；还有一个是中间是圆管，两端焊接板材防撞梁结构，其特点是成本较低，工艺上易实现。工艺和成本上如满足要求，建议采用第一种方案。
2.3.4前排座椅横梁和B柱下贯通梁
座椅横梁和B柱下贯通梁在侧碰变形过程中给门槛梁提供侧向的支撑，起到传递碰撞能量的作用，同时抑制门槛结构的翻转。横梁和门槛梁接触的端面尽量的加大，以增加Y向传力的能力。座椅横梁和贯通梁材质一般采用B340LA或B340/590DP，料厚1.5mm~1.8mm。
结束语
伴随车辆保有量的进一步增加，车辆交通事故出现的频率快速上升，交通安全日益被关注，道路交通事故已经成为世界性的一大社会难题。本文研究汽车侧面碰撞，希望对提高汽车安全性能有所帮助。
参考文献：
[1]黄伟科，何健.燃料电池轿车碰撞结构安全设计的研究[J].汽车工程，2017（34）：62-66.
[2]王圣波，李路才等.基于整车侧面碰撞的对标分析[J].中国工程机械学报，2015，13（6）：557-558.
论文作者:吴云,孙洪涛,苑吉友
论文发表刊物:《防护工程》2018年第33期
论文发表时间:2019/2/20
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