基于RCAR正面保險杠測試的約束系統(tǒng)標定原則

鄧世寬 高保才 陳現(xiàn)嶺

（長城汽車股份有限公司技術(shù)中心；河北省汽車工程技術(shù)研究中心）

歐盟RCAR 自2011年1月新增保險杠低速碰撞的測試程序，并將測試結(jié)果正式加入保險等級評估程序中。若碰撞過程中氣囊起爆，則會增加維修成本，同時保險評估報告中會體現(xiàn)氣囊點爆信息，影響保險等級和汽車銷售情況。為權(quán)衡氣囊誤爆與汽車可維修性的關(guān)系，應(yīng)在設(shè)計初期合理安排約束系統(tǒng)標定和分析。

1 低速保險杠測試法規(guī)研究

發(fā)生低速碰撞時，如果損壞件是在比較關(guān)鍵部位且維修工時長，則會造成高額的維修費用，從而使汽車的保險等級降低，保險費用升高，影響汽車的銷售。為了減少低速碰撞中對各種零部件的損傷及其連帶性破壞，一般改變零部件的連接方式和吸能結(jié)構(gòu)。同時為了減少氣囊誤爆的發(fā)生，需要考慮車身的結(jié)構(gòu)特性[1]。

歐盟自2011年1月新增保險杠低速碰撞的測試程序，如圖1 所示，用于評價防撞梁安全性能的好壞，測試結(jié)果正式加入到保險等級的評估程序中，此項測試對保險等級最大影響4 級。此測試程序鼓勵汽車制造商生產(chǎn)有效的防撞梁系統(tǒng)，該系統(tǒng)應(yīng)具有高能量吸收裝置（包括防撞梁及吸能盒）。測試壁障示意圖，如圖2 所示。

法規(guī)要求測試后氣囊系統(tǒng)如果起爆，氣囊系統(tǒng)故障等會在測試結(jié)果的報告中體現(xiàn)[2]，同時消費者購買汽車后需要繳納更多的保險費用。如果這樣則會影響汽車在市場的表現(xiàn)和消費者的購買意向。

2 實車碰撞測試數(shù)據(jù)分析

2.1 低速保險杠正面碰撞實例

圖3 示出某SUV 在進行10 km/h正面保險杠測試試驗前后局部狀態(tài)。碰撞過程中40 ms 左右氣囊發(fā)生起爆，汽車前部接觸吸能材料后與上擋板接觸，上擋板為剛性固定結(jié)構(gòu)；試驗后提取加速度數(shù)據(jù)，檢查汽車前端受損情況，發(fā)現(xiàn)汽車碰撞后吸能盒潰縮，冷凝器和空調(diào)損壞，主要吸能結(jié)構(gòu)為吸能盒和縱梁，測試吸能材料上明顯可以看到吸能盒撞擊的痕跡，如圖4 所示。

2.2 低速保險杠正面碰撞試驗數(shù)據(jù)分析

發(fā)生低速碰撞時，前保險杠、防撞梁和低速吸能盒是主要的吸能部件，碰撞過程中為了減少其他部件的損壞，降低維修工時和維修費用，在吸能盒設(shè)計上將其作為主要吸能件。試驗過程中采集碰撞傳感器加速度信號，如圖5 所示。從圖5 可以看出，2種工況下的碰撞傳感器信號在30～50 ms 處相比，10 km/h 正面低速保險杠測試碰撞傳感器的信號開始劇烈變化，同時信號的脈寬明顯比15 km/h RCAR 脈寬密集。圖6 示出碰撞傳感器速度和位移信號，從圖6 中可以看出，10 km/h保險杠測試的汽車速度歸零時刻和最大位移均小于15 km/h RCAR 測試，車體吸收碰撞能量時間較短，在大約70 ms 以后車體開始反彈，相比15 km/h RCAR正面碰撞測試前部剛度大。

此SUV正面保險杠測試仿真，如圖7 所示，前置吸能盒接觸壁障時間早于防撞梁，且主要傳力通道為吸能盒和縱梁，前部碰撞傳感器布置于傳力通道上，其相對于壁障剛性后擋板的位置，如圖8 所示。圖9 示出某SUV 碰撞過程的高速攝像，從圖9 可以看出，30 ms以后汽車前部與剛性擋板接觸。從圖5 中也可看出，此時前碰傳感器加速度曲線峰值上升，能量積累，達到閾值后造成氣囊起爆。

本車型在設(shè)計初期約束系統(tǒng)標定矩陣中，低門限起爆數(shù)據(jù)包括15 km/h RCAR正面碰撞試驗、誤用測試和粗糙路路試，未將10 km/h 保險杠測試工況加入數(shù)據(jù)提取測試中，是造成氣囊起爆的主要原因。

2.3 低速碰撞約束系統(tǒng)設(shè)計原則

低速保險杠測試的目的是減少關(guān)鍵部件的損壞，降低維修工時和維修費用，但應(yīng)該建立在約束系統(tǒng)標定過程中，建議在汽車設(shè)計開發(fā)過程中采用以下方式：

1）改善吸能盒的材料、薄厚及潰縮槽孔的設(shè)計[3]，提升碰撞后的吸能效果，避免吸能盒后部縱梁、冷凝器和大燈的損害；

2）在低速碰撞中為了更好地保護汽車，防撞梁系統(tǒng)應(yīng)安裝在合適的高度，增大防撞梁的縱向?qū)挾?，使有效高度大?00 mm，防撞梁離地高度需滿足RCAR 要求，使防撞梁與壁障的有效結(jié)合尺寸大于75 mm；

3）為了降低碰撞過程中氣囊的誤爆概率，在保險杠與防撞梁之間填充泡沫吸能緩沖塊，同時此舉措可減少對行人保護中小腿的傷害；

4）在保險杠與吸能盒的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，應(yīng)優(yōu)先讓防撞梁接觸壁障，吸收部分碰撞能量，減少縱梁的直接能量傳遞；

5）在整車結(jié)構(gòu)分析初期，對10 km/h 保險杠測試工況中前碰傳感器及ECU 等位置的加速度進行分析，并在安全氣囊標定數(shù)據(jù)提取階段增加此工況試驗，降低氣囊的起爆概率，并將此工況做為氣囊低門限起爆點；

6）在進行保險杠和吸能盒的結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)充分考慮安全氣囊低速誤爆標定，以及高速碰撞性能和行人保護性能目標的同時達成。

3 結(jié)語

為滿足氣囊開發(fā)要求，同時考慮歐盟各國的RCAR 保險測試對氣囊低門限的要求，在氣囊標定初期會采用RCAR 15 km/h正面測試或ORB 測試作為低風(fēng)險起爆工況，氣囊標定完成后進行試驗驗證氣囊不起爆。但隨著2011年新增加的10 km/h 保險杠測試，對于約束系統(tǒng)標定可能是一個比較大的沖擊，建議在汽車開發(fā)前期對此工況進行仿真分析，并加入到氣囊標定驗證試驗矩陣中。同時國內(nèi)汽車保險費用與汽車的低速碰撞性能無相關(guān)性，希望國家相關(guān)部門對標歐盟模式盡快出臺低速碰撞法規(guī)，用于規(guī)范保險行業(yè)和氣囊誤爆產(chǎn)生的糾紛。