專家對(duì)話（二） ：2024版C-NCAP規(guī)程下的被動(dòng)安全開發(fā)之車內(nèi)乘員保護(hù)性能開
時(shí)間：2023-05-09
2024版C-NCAP將在2024年7月份正式實(shí)施，日前，2023汽車測(cè)評(píng)國(guó)際峰會(huì)上披露了未來2024版的C-NCAP測(cè)評(píng)方案。2024版C-NCAP共包含4個(gè)碰撞工況，這四個(gè)碰撞工況主要評(píng)價(jià)的內(nèi)容包括兩部分：整車結(jié)構(gòu)耐撞性相關(guān)及車內(nèi)乘員保護(hù)性能相關(guān)。
整車結(jié)構(gòu)耐撞性相關(guān)評(píng)價(jià)涵蓋壁障兼容性、前圍地板失效情況、踏板跳動(dòng)等內(nèi)容，在昨天，我們已經(jīng)就整車結(jié)構(gòu)耐撞性開發(fā)的幾個(gè)優(yōu)化方向做了探討，今天來聊一聊車內(nèi)乘員保護(hù)性能相關(guān)的一些問題。
車內(nèi)乘員保護(hù)性能包括車內(nèi)乘員（成人及兒童）傷害、膝部傷害、遠(yuǎn)端假人傷害、兒童靜態(tài)評(píng)價(jià)等項(xiàng)目。這些項(xiàng)目的評(píng)價(jià)結(jié)果以分值的形式得出，C-NCAP依此進(jìn)行星級(jí)安全評(píng)價(jià)。
- 前碰工況需重點(diǎn)開發(fā)主駕假人保護(hù)
試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)新版THOR假人胸部失分較多，對(duì)比THOR假人身體比HIII假人更柔軟，碰撞過程中THOR假人前傾更多，會(huì)造成更大的胸壓傷害。同時(shí)分析THOR假人與HIII假人胸部傳感器差異較大，HIII假人的上中下三根肋骨，而THOR假人左右上下胸部四個(gè)部位傳感器（如下圖所示），針對(duì)于HIII假人傳統(tǒng)的約束系統(tǒng)單參數(shù)優(yōu)化方案對(duì)于THOR假人適用性有限，對(duì)于胸部傷害敏感程度更高的THOR假人，需要尋求多方約束系統(tǒng)零部件的最優(yōu)參數(shù)平衡點(diǎn)。另一個(gè)方面乘員運(yùn)動(dòng)受車身加速度直接影響，對(duì)于加速度過高的車型而言，駕駛員胸部傷害很難做到平衡匹配，因此需要對(duì)結(jié)構(gòu)指標(biāo)做出嚴(yán)格控制。
圖 THOR假人胸部傳感器位置
THOR假人開發(fā)需要考慮合理匹配安全氣囊和安全帶預(yù)緊的點(diǎn)火時(shí)間，MPDB點(diǎn)火時(shí)間一般早于ODB工況；針對(duì)THOR假人胸部失問題，需詳細(xì)分析左右上下四個(gè)位置傷害失分比例，分析不同部位的胸壓敏感因素，合理匹配安全氣囊剛度和安全帶限力。高配置的安全帶產(chǎn)品應(yīng)用，是提升乘員保護(hù)效果的一個(gè)有效手段，安全帶產(chǎn)品新增雙預(yù)緊安全帶和緊急鎖止功能可以在碰撞初期較好的約束假人，消除安全帶間隙，減小THOR假人的前移，對(duì)胸部、膝部、小腿都有比較好的優(yōu)化效果。同樣要注意安全帶雙預(yù)緊時(shí)刻的匹配，尋找到胸壓、小腿傷害的最優(yōu)的平衡點(diǎn)。
2024版C-NCAP正碰工況碰撞能量的提升引起車體加速度增加，導(dǎo)致HIII主駕假人的胸部得分降低。前圍入侵的增大影響腳部安全空間，小腿得分也普遍降低。下圖為兩個(gè)不同的加速度波形下，駕駛員胸部的傷害變化。經(jīng)對(duì)比分析，正面碰撞工況下，若約束系統(tǒng)參數(shù)不變，總體得分降低約2分。
- 側(cè)柱工況開發(fā)難點(diǎn)解析
對(duì)2021版C-NCAP成績(jī)統(tǒng)計(jì)后發(fā)現(xiàn)，側(cè)柱工況駕駛員骨盆得分率接近100%，頭部、腹部平均得分率90%左右，而胸部平均得分1.62分較低（滿分4分），得分率不足50%。由于柱碰與車體碰撞接觸面積小導(dǎo)致局部入侵過大，車門及B柱整體入侵速度和入侵量較大，乘員生存空間不理想。對(duì)于柱碰的乘員保護(hù)，主要風(fēng)險(xiǎn)在于肩部力超標(biāo)＞3KN和胸壓傷害的平衡，應(yīng)同時(shí)降低肩部傷害與胸部傷害。
柱碰胸部的肋骨壓縮變形量是側(cè)柱碰的重點(diǎn)失分項(xiàng)。柱碰整體入侵變形遠(yuǎn)大于側(cè)碰，對(duì)于乘員假人生存空間受到嚴(yán)重侵入，因此柱碰胸壓傷害更大。碰撞前假人手臂位于胸部與氣囊之間，一種情況碰撞過程中手臂未抬起直接擠壓肋骨，造成肋骨變形量急劇上升，另一種情況假人手臂雖然抬起，整體入侵偏大氣囊擊穿造成內(nèi)飾與胸壓接觸導(dǎo)致。開發(fā)初期根據(jù)車重、乘員的初始側(cè)面空間等條件，制定合理的整車結(jié)構(gòu)入侵邊界，內(nèi)飾與車門內(nèi)板之間應(yīng)有足夠的吸能空間，飾板區(qū)域在設(shè)計(jì)時(shí)要避免布置卡扣、金屬結(jié)構(gòu)等硬點(diǎn)，防止剛性過大，同時(shí)要為側(cè)氣囊留有但一定的初始展開空間。柱碰乘員保護(hù)開發(fā)的重點(diǎn)關(guān)注肩部與胸部傷害平衡保護(hù)，合理的側(cè)氣囊選型、優(yōu)化氣囊覆蓋區(qū)及包型和展開過程、氣囊折疊方式、座椅撕裂線、發(fā)泡槽和側(cè)氣囊導(dǎo)向部件等的設(shè)計(jì)，以達(dá)到理想的手臂運(yùn)動(dòng)姿態(tài)來避免手臂直接擠壓胸肋骨降低胸部受壓變形量，但是若氣囊覆蓋區(qū)域過低，也容易造成內(nèi)飾直接擠壓肩部造成肩部力超標(biāo)罰分。同時(shí)也需要進(jìn)行氣囊剛度匹配，避免剛度過高擠壓或過低造成擊穿觸底。
側(cè)柱碰撞一般需要設(shè)計(jì)SAB實(shí)現(xiàn)抬手臂效果，以降低假人胸壓。下圖是某車型開發(fā)過程中，對(duì)SAB抬手臂的優(yōu)化過程。首先需要結(jié)合假人的乘坐姿態(tài)，合理設(shè)計(jì)SAB包型，通過CAE分析確定包型優(yōu)化狀態(tài)。為了保證優(yōu)化效果，需要在整車實(shí)驗(yàn)前，完成narrowgap測(cè)試以及滑車驗(yàn)證，以確保SAB的保護(hù)效果。
圖 側(cè)柱工況SAB優(yōu)化過程
2024版C-NCAP開始在側(cè)柱工況中評(píng)價(jià)遠(yuǎn)端保護(hù)性能。因此，開發(fā)過程中需要就遠(yuǎn)端保護(hù)要求進(jìn)行針對(duì)性的開發(fā)。主要通過對(duì)遠(yuǎn)端氣囊的合理設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)假人的保護(hù)。遠(yuǎn)端氣囊包括單腔氣囊、雙腔氣囊、多腔氣囊，不同的車型情況，需要匹配不同腔類型的氣囊。如下圖所示。
遠(yuǎn)端保護(hù)開發(fā)需要同時(shí)考慮中通道扶手的剛度及結(jié)構(gòu)布置問題。中通道扶手如果過強(qiáng)，則會(huì)導(dǎo)致假人傷害過大，如果過軟，則無法配合遠(yuǎn)端氣囊實(shí)現(xiàn)乘員頭部運(yùn)動(dòng)區(qū)域的要求。
- Q3兒童乘員動(dòng)態(tài)保護(hù)開發(fā)
對(duì)2021版C-NCAP成績(jī)統(tǒng)計(jì)，3歲兒童假人得分率71.5%，相對(duì)10歲兒童得分率97.1%更低。年齡小的Q3兒童傷害更嚴(yán)重，Q3兒童的頭部，頸部，胸部均有一定程度失分。兒童不是等比例縮小版的成人，兒童身材尺寸，頭部、身體、骨盆下肢比例與成人有著較大差異，需要深入分析兒童動(dòng)態(tài)響應(yīng)特點(diǎn)、損傷機(jī)理研究。Q3兒童假人傷害和整車碰撞能量、兒童約束系統(tǒng)產(chǎn)品、車內(nèi)空間布置等都有較強(qiáng)的相關(guān)性。面對(duì)眾多兒童約束系統(tǒng)產(chǎn)品，需要考慮如何在現(xiàn)有條件下去選型與之匹配，更好的發(fā)揮兒童座椅吸收部分整車碰撞能量的作用，進(jìn)一步降低兒童假人傷害。下圖為Q3兒童約束系統(tǒng)選型示意圖，根據(jù)車型情況可以選擇正向安裝的兒童座椅，也可以選擇反向安裝的兒童座椅。
針對(duì)Q3兒童保護(hù)主要從三個(gè)方向設(shè)計(jì)，首先整車碰撞能量的優(yōu)化設(shè)計(jì)，兒童傷害與整車碰撞能量正相關(guān)，降低碰撞乘員載荷準(zhǔn)則OLC，可明顯降低兒童各部位傷害。其次是結(jié)合整車后排空間、加速度脈沖的形式選擇合適的兒童座椅，包括安裝方向與類型，比如選擇頭部吸能性能較好的兒童座椅；通常半通用式安全座椅可以承擔(dān)一部分能量卸載，避免兒童座椅吸能較少將能量傳遞給兒童或者發(fā)生較為嚴(yán)重的二次碰撞導(dǎo)致頭部超標(biāo)。再者是對(duì)于整車其他參數(shù)的設(shè)計(jì)優(yōu)化，包括后排安全帶延伸率、安全帶固定點(diǎn)、座椅支撐性能等要進(jìn)一步分析設(shè)計(jì)。兒童保護(hù)動(dòng)態(tài)性能一方面受整車碰撞能量直接影響，另一方面受兒童座椅本身性能的制約，因此提升兒童保護(hù)動(dòng)態(tài)安全，需要兩方面共同提升。
2024版C-NCAP在柱碰工況碰撞側(cè)后排，設(shè)置了Q3兒童的評(píng)價(jià)。下圖為某項(xiàng)目柱碰工況Q3兒童分析示意圖，針對(duì)正向兒童座椅、反向兒童座椅開展CAE分析。通過分析結(jié)果總結(jié)Q3兒童容易失分的地方在頭部及頸部，失分原因是兒童座椅側(cè)面包裹保護(hù)性能不佳，因此在兒童座椅選取中，應(yīng)該選擇側(cè)面包裹性能優(yōu)越的產(chǎn)品。
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C-NCAP的實(shí)施極大促進(jìn)了整車被動(dòng)安全的提升，也推動(dòng)了整個(gè)被動(dòng)行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。面對(duì)C-NCAP升級(jí)改版，被動(dòng)安全研發(fā)工作者也應(yīng)該有思維模式的升級(jí)，變“被動(dòng)”為“主動(dòng)”，了解評(píng)價(jià)規(guī)程背景與初衷，熟悉實(shí)際道路的交通安全，聚焦整車全域安全性能的實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)整車被動(dòng)安全性能提升，主機(jī)廠需要主導(dǎo)做好產(chǎn)品初期的整體架構(gòu)和規(guī)劃，嚴(yán)守安全底線，提升安全性能，把控零部件與整車集成產(chǎn)品質(zhì)量一致性、穩(wěn)定性、同時(shí)具備一定前瞻布局規(guī)劃，提前技術(shù)儲(chǔ)備，主動(dòng)出擊，被動(dòng)安全！