陳湯培，王增山，商恩義，張毅，李月明

(浙江吉利汽車研究院有限公司，浙江杭州 311228)

0 引言

目前側(cè)面碰撞試驗(yàn)方法包括強(qiáng)制性法規(guī)(GB20071、ECE R95)、新車評價(jià)規(guī)程(C-NCAP、Euro NCAP)、保險(xiǎn)協(xié)會汽車安全指數(shù)( C-IASI、IIHS)[1]等。為節(jié)約開發(fā)成本、縮短開發(fā)周期，車輛側(cè)面碰撞安全性能開發(fā)一般會采用側(cè)面碰撞模擬試驗(yàn)方法。主流的側(cè)面碰撞模擬試驗(yàn)方法分以下幾種，采用減速臺車或加速臺車控制車門加速度波形，實(shí)現(xiàn)側(cè)面碰撞模擬試驗(yàn)，該方法也是行業(yè)內(nèi)普遍采用的試驗(yàn)方法；采用沖撞式臺車原理(子彈車-目標(biāo)車)，在臺車上安裝實(shí)際蜂窩鋁壁障去碰撞配重后的白車身，還原真實(shí)的車輛側(cè)面碰撞過程；采用主動侵入式側(cè)碰模擬系統(tǒng)(例如DSD側(cè)碰系統(tǒng))，車門波形及座椅波形控制同時(shí)采用伺服控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)分段控制車門與座椅、假人的相對運(yùn)動過程。

傳統(tǒng)加速臺車側(cè)碰模擬試驗(yàn)，主臺車波形一般直接采用車門內(nèi)鈑金對應(yīng)位置加速度曲線。不采用副臺車，即車門與座椅整體安裝在主臺車上，兩者相對無侵入；

或者采用副臺車，車門整體安裝在主臺車上，座椅及假人安裝在副臺車上，采取摩擦方式或其他制動系統(tǒng)控制其波形，實(shí)現(xiàn)車門相對座椅及假人的侵入過程。主臺車波形曲線容易通過臺車伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，但副臺車的波形控制存在兩個(gè)難點(diǎn)，首先副臺車波形控制的穩(wěn)定性，對于側(cè)碰模擬試驗(yàn)，副臺車波形如果不能保持穩(wěn)定，影響臺車試驗(yàn)結(jié)果的復(fù)現(xiàn)性。例如摩擦制動系統(tǒng)，摩擦因數(shù)的變化，那么其結(jié)果對假人傷害開發(fā)存在較大影響；其次副臺車波形標(biāo)定難度，傳統(tǒng)方法沒有目標(biāo)參數(shù)，只能通過經(jīng)驗(yàn)不斷地調(diào)整制動參數(shù)及假人與車門間隙等手段，需使用真實(shí)側(cè)碰假人，與整車結(jié)果進(jìn)行多次對標(biāo)，來確定相關(guān)控制參數(shù)，但該方法較為費(fèi)時(shí)費(fèi)力，效率低下。

因此，本文作者采用帶有副臺車的加速臺車設(shè)備，通過研究車輛非被撞側(cè)B柱Y方向加速度波形曲線， 使用蜂窩鋁調(diào)試復(fù)現(xiàn)出副臺車目標(biāo)加速度來實(shí)現(xiàn)C-IASI規(guī)程下側(cè)面碰撞臺車模擬試驗(yàn)方法。

1 使用非被撞側(cè)B柱加速度波形實(shí)現(xiàn)側(cè)碰模擬可行性研究

針對C-IASI試驗(yàn)規(guī)程中的側(cè)面碰撞試驗(yàn)，試驗(yàn)室使用帶有副臺車的加速臺車設(shè)備，其中主臺車采用整車試驗(yàn)假人胸部中間肋骨位置對應(yīng)車門內(nèi)鈑金Y方向加速度波形，副臺采用車輛非被撞側(cè)B柱Y方向加速度波形。因蜂窩鋁在屈服階段動態(tài)壓縮力較為穩(wěn)定，通過控制尺寸，副臺車容易標(biāo)定出目標(biāo)波形曲線。

1.1 非碰撞側(cè)B柱加速度曲線提出

在某次側(cè)碰試驗(yàn)中，碰撞側(cè)座椅下方車身參考位置及車輛非被撞側(cè)B柱位置均安裝加速度傳感器，傳感器安裝為Y方向。通過對比兩條曲線，如圖1(a)所示，曲線形態(tài)比較接近，但座椅下方的加速度傳感器距離車門被撞位置較近，易受到干擾(主要由于地板的彈性變形)，造成曲線波動幅度較大。將加速度曲線積分后，如圖1(b)所示，兩個(gè)位置速度基本一致。

圖1 座椅下方車身參考位置及非被撞側(cè)B柱位置Y方向曲線對比

統(tǒng)計(jì)多個(gè)車型的中保研側(cè)面碰撞測試，使用三坐標(biāo)測量碰撞側(cè)座椅下方的車身參考點(diǎn)位置試驗(yàn)前后的坐標(biāo)，見表1，Y方向坐標(biāo)試驗(yàn)前后變化差異較小，因此將座椅下方鈑金位置至車輛非被撞側(cè)所有區(qū)域可視作未變形的整體，非碰撞側(cè)B柱Y方向加速度曲線可以代替座椅位置加速度，用于側(cè)面臺車模擬試驗(yàn)。

表1 側(cè)碰側(cè)座椅下方車身參考點(diǎn)變形情況匯總 mm

1.2 C-IASI側(cè)碰非被撞側(cè)B柱加速度波形研究

通過研究大量C-IASI側(cè)面碰撞試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)以下兩個(gè)現(xiàn)象：

(1)車輛在碰撞過程中車輛非被撞側(cè)B柱基本不存在變形情況，不同類型車輛之間的非被撞側(cè)B柱Y方向加速度波形曲線具有相似的形態(tài)，圖2為3種典型車型C-IASI非被撞側(cè)B柱加速度曲線。

(2)盡管曲線形態(tài)波動較為復(fù)雜，但經(jīng)過較低頻率等級的濾波后發(fā)現(xiàn)其可以分為較為明顯的梯形波特征(圖 3中曲線 CFC40和 CFC20)[2]。

圖2 不同車型非被撞側(cè)B柱Y方向加速度曲線

圖3 不同濾波等級下曲線對比

而蜂窩鋁在受動態(tài)沖擊力時(shí)，體現(xiàn)出三階段，即彈性變形階段、穩(wěn)定屈服階段、致密化階段。在穩(wěn)定屈服階段具有較為穩(wěn)定的動態(tài)壓縮力[3]，因此，利用蜂窩鋁該特性，合理控制蜂窩鋁尺寸，很容易復(fù)現(xiàn)出梯形曲線。

1.3 仿真模型建立

建立加速臺車側(cè)碰模擬仿真模型，確定主臺車、副臺車分別采用車輛對應(yīng)位置加速度曲線實(shí)現(xiàn)臺車側(cè)碰模擬的可行性。該模型包含4個(gè)子系統(tǒng)：加速臺車側(cè)碰系統(tǒng)(主臺車)、車門總成(包括內(nèi)飾)、座椅及SID IIs假人，其中加速臺車側(cè)碰系統(tǒng)和車門總成作為主臺車，輸入曲線為整車碰撞假人胸部中間肋骨位置對應(yīng)車門內(nèi)鈑金Y方向加速度波形，座椅及SID IIs假人安裝在副臺車上，輸入波形為非被撞側(cè)B柱Y方向加速度波形。在建立模型時(shí)，座椅、車門、假人等相對位置嚴(yán)格參照整車位置。

1.4 仿真結(jié)果

通過對比仿真結(jié)果動畫對比，從碰撞開始，由于主臺車和副臺車存在相對速度，車門相對座椅運(yùn)動，模擬車門侵入過程，然后側(cè)氣囊展開，假人、座椅、氣囊、車門相互作用。在假人傷害值到達(dá)峰值(38 ms)這段時(shí)間，臺車動畫中的假人、內(nèi)飾和SAB的姿態(tài)基本與整車模型一致，如圖4所示。

圖4 38 ms時(shí)假人姿態(tài)對比

輸出整車及臺車CAE數(shù)據(jù)結(jié)果，通過對比，如圖5所示，假人軀干傷害(假人肩部數(shù)據(jù)、胸部肋骨、腹部肋骨等)數(shù)據(jù)與整車結(jié)果符合性較高。因此得出結(jié)論，利用加速臺車側(cè)碰模擬系統(tǒng)，通過輸入車身對應(yīng)位置加速度目標(biāo)曲線，可以較好地復(fù)現(xiàn)C-IASI實(shí)車側(cè)面碰撞中假人傷害值。

圖5 CAE假人傷害值數(shù)據(jù)對比

2 臺車-整車側(cè)碰模擬試驗(yàn)結(jié)果對標(biāo)

2.1 側(cè)面模擬試驗(yàn)系統(tǒng)搭建

如圖6所示，灰色的側(cè)碰臺架安裝在主臺車臺面上，車門通過焊接等方式固定在側(cè)碰臺架前端3根橫梁上，車門安裝完整的內(nèi)飾件。主臺車、側(cè)碰系統(tǒng)、車門(包含內(nèi)飾)作為一個(gè)整體，受主臺車波形控制。座椅、SID IIs假人、腳踏板安裝在副臺車承載面上，在側(cè)碰系統(tǒng)上有兩條直線滑軌，副臺車可在滑軌上滑動。副臺車在滑軌上位置需滿足整車中車門與座椅相對位置要求。

圖6 側(cè)碰模擬試驗(yàn)臺架搭建

在側(cè)碰系統(tǒng)和副臺車之間，安裝組合蜂窩鋁塊，蜂窩鋁前端用螺栓安裝固定在主臺車上，后端頂住副臺車，兩者之間需保證沒有間隙，如圖7所示。如果蜂窩鋁和副臺車存在間隙，副臺車在運(yùn)動過程中，當(dāng)其接觸到蜂窩鋁瞬間，有較大的沖擊力，而且沖擊力不穩(wěn)定，影響試驗(yàn)結(jié)果的復(fù)現(xiàn)性。主臺車在加速運(yùn)動過程中，利用蜂窩鋁在穩(wěn)定屈服階段動態(tài)壓縮特性，可對副臺車提供較為恒定推力，復(fù)現(xiàn)車輛非被撞側(cè)B柱Y方向梯形波加速度曲線。

圖7 蜂窩鋁組合

臺車輸入?yún)?shù)設(shè)置：

(1)主臺車波形采用整車試驗(yàn)中被撞側(cè)門內(nèi)鈑金與假人胸部肋骨對應(yīng)位置的Y方向加速度曲線，波等級采用CFC20(座椅、氣囊、吸能結(jié)構(gòu)本身可作為濾波器，因此降低濾波等級對試驗(yàn)結(jié)果影響較小)，復(fù)現(xiàn)結(jié)果如圖8所示，濾波等級降低造成0時(shí)刻的差異，但該臺車系統(tǒng)可以滿足全過程的波形輸出，無需對0時(shí)刻進(jìn)行調(diào)整。

圖8 主臺車加速度曲線復(fù)現(xiàn)結(jié)果

(2)副臺車采用非被撞側(cè)B柱加速度曲線(濾波等級CFC60)，復(fù)現(xiàn)結(jié)果如圖9所示，加速度曲線及其積分曲線與目標(biāo)值接近，說明通過蜂窩鋁組合調(diào)試，可以復(fù)現(xiàn)座椅運(yùn)動狀態(tài)和整車一致。

圖9 副臺車曲線復(fù)現(xiàn)結(jié)果

(3)側(cè)面氣囊點(diǎn)火時(shí)刻：為模擬真實(shí)的整車碰撞過程，側(cè)面氣囊點(diǎn)火時(shí)刻應(yīng)與整車側(cè)面碰撞試驗(yàn)相同，為4.5 ms，點(diǎn)火曲線如圖10所示。

圖10 側(cè)面氣囊點(diǎn)火曲線

2.2 驗(yàn)證結(jié)果

側(cè)碰模擬臺架搭建完成后，應(yīng)作為車輛側(cè)面碰撞安全帶開發(fā)基礎(chǔ)對標(biāo)試驗(yàn)。為確保側(cè)碰試驗(yàn)臺架搭建的準(zhǔn)確性，在副臺車波形標(biāo)定結(jié)束后，需擺放真實(shí)的SID IIs假人，座椅位置設(shè)置及假人定位同整車一致，通過側(cè)面臺車模擬進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，將試驗(yàn)結(jié)果與整車結(jié)果對比。

通過對比SID IIs假人傷害值，見表2。假人的肩部力，胸部肋骨變形量傷害值數(shù)據(jù)與整車差異較小，小于10%。假人肩部變形量、腹部肋骨下變形量與整車差異分別為13.3%，13.5%。

表2 假人傷害值對標(biāo)結(jié)果

對比假人傷害值曲線，通過對比曲線趨勢、峰值及其對應(yīng)時(shí)刻，可以判定假人運(yùn)動姿態(tài)及碰撞過程是否與整車一致，滑臺模擬是否可以復(fù)現(xiàn)出整車結(jié)果。如圖11和圖12所示， SID IIs假人肩部力、肩部變形量、肋骨變形量(胸、腹)曲線形態(tài)基本一致，包括假人傷害值峰值發(fā)生的時(shí)刻、變化趨勢基本對應(yīng)。

圖11 臺車-實(shí)車假人傷害值數(shù)據(jù)對比(一)

圖12 臺車-實(shí)車假人傷害值數(shù)據(jù)對比(二)

通過對比假人傷害值及傷害曲線，傷害值結(jié)果基本接近整車90%，傷害值曲線趨勢、峰值對應(yīng)時(shí)刻與整車對應(yīng)。而且主臺車及副臺車波形通過標(biāo)定后，僅一次與整車對標(biāo)試驗(yàn)(擺放真實(shí)假人)，就滿足臺車側(cè)碰模擬與整車側(cè)面碰撞結(jié)果數(shù)據(jù)對標(biāo)要求，說明該方法可行，且可以節(jié)約大量臺架試驗(yàn)對標(biāo)過程，效率較高。

3 結(jié)束語

文中通過調(diào)研行業(yè)內(nèi)各種側(cè)碰模擬試驗(yàn)方法，通過研究C-IASI側(cè)碰試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)下車輛非被撞側(cè)B柱Y方向加速度曲線形態(tài)及蜂窩鋁動態(tài)壓縮特性，結(jié)合試驗(yàn)室現(xiàn)有條件，提出通過使用帶有副臺車的加速臺車系統(tǒng)，在主臺車及副臺車上，分別復(fù)現(xiàn)整車對應(yīng)位置加速度波形曲線，進(jìn)行C-IASI臺車側(cè)面碰撞模擬試驗(yàn)方法的研究。研究結(jié)果表明，采用該方法搭建的側(cè)碰臺車系統(tǒng)，可以高效地復(fù)現(xiàn)整車C-IASI側(cè)面碰撞假人傷害結(jié)果，可以支持側(cè)面安全性能開發(fā)工作。