柳蕭 楊新明 呂鑫 張雅強(qiáng) 王秀錦

（奇瑞汽車(chē)股份有限公司）

隨著世界汽車(chē)保有量的增加及道路交通傷害事故率的不斷上升，汽車(chē)耐撞性能已經(jīng)成為汽車(chē)設(shè)計(jì)過(guò)程中的重要一環(huán)。其中，對(duì)汽車(chē)后保險(xiǎn)杠低速碰撞的要求也越來(lái)越高，在汽車(chē)低速碰撞過(guò)程中，不僅要求減小車(chē)輛結(jié)構(gòu)碰撞損傷及改善修復(fù)性能，使得車(chē)輛結(jié)構(gòu)除了必須能滿足保護(hù)乘員及行人以外，還要盡可能保護(hù)車(chē)身的主要框梁結(jié)構(gòu)不受損壞，以降低車(chē)輛修復(fù)成本。基于目前設(shè)計(jì)的要求，文章對(duì)某車(chē)型進(jìn)行模擬碰撞校核，根據(jù)校核總結(jié)出后保險(xiǎn)杠與其周邊件的布置距離要求。

1 保險(xiǎn)杠相關(guān)的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)

1.1 保險(xiǎn)杠主要法規(guī)

目前對(duì)汽車(chē)保險(xiǎn)杠采用的標(biāo)準(zhǔn)主要有中國(guó)國(guó)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(xiǎn)杠法規(guī)試驗(yàn)的基本要求

保險(xiǎn)杠標(biāo)準(zhǔn)中要求的基本試驗(yàn)條件有5點(diǎn)[1-2]：

1）試驗(yàn)車(chē)輛必須處于停止?fàn)顟B(tài)；

2）試驗(yàn)車(chē)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(dòng)器應(yīng)松開(kāi)，變速器掛空擋，對(duì)于裝備油-氣懸掛、液力或空氣懸掛的車(chē)輛以及裝有自動(dòng)調(diào)整懸架（能根據(jù)載荷自動(dòng)對(duì)車(chē)輛進(jìn)行調(diào)整）的車(chē)輛，應(yīng)在制造商規(guī)定的正常行駛條件下進(jìn)行試驗(yàn)；

4）試驗(yàn)采用擺錘沖擊，其有效撞擊質(zhì)量等于被測(cè)試車(chē)輛的整備質(zhì)量，進(jìn)行撞擊試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)地面應(yīng)具備足夠的面積以便設(shè)置擺錘的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，供試驗(yàn)車(chē)輛受撞后滑移以及安置試驗(yàn)所需的設(shè)備等；

5）停放試驗(yàn)車(chē)輛的地面應(yīng)水平、硬實(shí)與平整。

1.3 所用擺錘的對(duì)比及差異

標(biāo)準(zhǔn)中試驗(yàn)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(jiān)固，其撞擊頭為高硬度鋼；擺錘的有效質(zhì)量應(yīng)與所試驗(yàn)車(chē)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(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)比及差異[1-2]

碰撞試驗(yàn)后，對(duì)于車(chē)輛需要滿足的要求，美標(biāo)與中國(guó)國(guó)標(biāo)中存在差異，其中相同點(diǎn)有6點(diǎn)。

1）照明燈和信號(hào)裝置應(yīng)能持續(xù)正常工作并清晰可見(jiàn)，如果出廠時(shí)安裝好的照明裝置失調(diào)，允許進(jìn)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(chē)輛的發(fā)動(dòng)機(jī)罩蓋、行李箱蓋和車(chē)門(mén)應(yīng)能正常開(kāi)閉，并且汽車(chē)的側(cè)門(mén)應(yīng)在碰撞的作用下不能開(kāi)啟；

3）車(chē)輛供油和冷卻系統(tǒng)應(yīng)無(wú)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(chē)輛的排氣系統(tǒng)不應(yīng)損壞和錯(cuò)位；

5）車(chē)輛的傳動(dòng)系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)（包括輪胎）、轉(zhuǎn)向和制動(dòng)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(hù)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(diǎn)為美標(biāo)比中國(guó)國(guó)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(chē)輛；

2）車(chē)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(dòng)。

2 后保險(xiǎn)杠低速碰撞校核解析

碰撞校核主要分為縱向碰撞與車(chē)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(guó)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(shí)與保險(xiǎn)杠蒙皮接觸；碰撞后的位置：將擺錘沿X負(fù)向移動(dòng)，與后保險(xiǎn)杠橫梁剛好接觸，兩者之間有個(gè)切點(diǎn)，以此點(diǎn)為基點(diǎn)，將擺錘再往前移動(dòng)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(xiǎn)杠、后保險(xiǎn)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(chē)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(guó)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(shí)與保險(xiǎn)杠蒙皮接觸；碰撞后的位置：將擺錘沿X負(fù)向移動(dòng)，與后保險(xiǎn)杠橫梁剛好接觸，兩者之間有個(gè)切點(diǎn)，以此點(diǎn)為基點(diǎn)，將擺錘再往前移動(dòng)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(xiǎn)杠、后保險(xiǎn)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(chē)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(duì)后保險(xiǎn)杠的布置要求

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

表1 后保險(xiǎn)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(chē)場(chǎng)所中，汽車(chē)發(fā)生低速碰撞的頻率很高，提高汽車(chē)前后端保護(hù)裝置的性能很有必要。文章通過(guò)研究對(duì)保險(xiǎn)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(guò)保險(xiǎn)杠系統(tǒng)與周邊件距離的合理布置可以盡量降低汽車(chē)在低速碰撞中所受的傷害，具體到某一款車(chē)型，還需要針對(duì)不同造型進(jìn)行CAE分析；

2）通過(guò)對(duì)某車(chē)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(jì)新車(chē)型時(shí)作為參考；

3）通過(guò)對(duì)國(guó)標(biāo)與美標(biāo)的對(duì)比可讓人更好地理解國(guó)標(biāo)與美標(biāo)的差別所在，更好地理解國(guó)標(biāo)要求。

綜上，保險(xiǎn)杠系統(tǒng)設(shè)計(jì)布置對(duì)汽車(chē)的低速碰撞有重要意義，在保險(xiǎn)杠開(kāi)發(fā)階段，需綜合考慮保險(xiǎn)杠各方面設(shè)計(jì)布置對(duì)汽車(chē)的低速碰撞的影響，并通過(guò)CAE分析和碰撞試驗(yàn)對(duì)保險(xiǎn)杠布置進(jìn)行考察和改善，不斷地提高汽車(chē)低速碰撞的性能。