整車駕駛室外部布置的安全性前期控制策略

錢途，周飛，汪兆亮，李明軍，謝峻順，陳輝，鄭傅馨

（福建省汽車工業(yè)集團(tuán)云度新能源汽車股份有限公司，福建 莆田 351106）

關(guān)鍵字：造型；總布置；車輛安全性能

1 引言

在進(jìn)行正碰、偏置碰時(shí)需要確保乘員生存空間，減小乘員艙變形和對乘員艙的侵入，同時(shí)要減小車身減速度，需要在車身結(jié)構(gòu)上進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

在行人保護(hù)方面，汽車對行人的傷害一般包括：a）一次碰撞時(shí)由保險(xiǎn)杠、前散熱器罩和發(fā)動機(jī)罩前端等產(chǎn)生的下肢傷害；b）行人與發(fā)動機(jī)罩、擋風(fēng)玻璃等二次碰撞時(shí)的頭部傷害；故需要車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)將相關(guān)部位的剛度設(shè)計(jì)較軟，以緩沖對人體的撞擊。

本文主要通過對碰撞安全及行人保護(hù)進(jìn)行整車的外部說明，通過前期的策略控制，為整車節(jié)省開發(fā)費(fèi)用和時(shí)間。

2 碰撞控制策略

主要參考 GB 11551-2003乘用車正面碰撞的乘員保護(hù)（GB 11551-2003），C-NCAP 前部正面剛性壁障碰撞試驗(yàn)方法、C-NCAP 前部偏置碰撞試驗(yàn)方法。

2.1 機(jī)艙布置策略

2.1.1 動力總成布置策略

機(jī)艙布置最大的系統(tǒng)為動力總成，即汽油車的發(fā)動機(jī)和變速箱，純電動車的電機(jī)和變速箱，現(xiàn)在以汽油車的動力總成為例。當(dāng)車輛發(fā)生碰撞時(shí)，碰撞塊通過防撞梁經(jīng)過左右縱梁吸能后，碰撞塊會擠壓動力總成，使動力總成后移，從而侵入駕駛室，減小駕駛員或乘員的生存空間。故為了減小動力總成對駕駛室的侵入，則需要增加機(jī)艙左右縱梁的吸能空間，如圖1所示。

圖1 動力總成的布置示意

現(xiàn)以汽油車的動力總成為例，如圖1所示，D1為發(fā)動機(jī)前端距離防撞梁前端的距離，d1位變速箱距離防撞梁前端的距離，D2位發(fā)動機(jī)后端距離前圍板距離 ，機(jī)艙可潰縮整體變形空間為D1+D2，根據(jù)較多五星級車型的布置經(jīng)驗(yàn)，建議D1+D2≥500mm進(jìn)行控制。

2.1.2 蓄電池與保險(xiǎn)盒的布置策略

對于汽油車，真空助力泵的位置受限于制動踏板的布置較為固定，一般位于駕駛員前方部位，但蓄電池、保險(xiǎn)盒可以根據(jù)前艙的空間進(jìn)行較大的位置調(diào)整，同時(shí)，蓄電池的外形尺寸較大，同時(shí)剛度較大，即自身不易變形，重量較大。當(dāng)發(fā)生碰撞時(shí)，由于蓄電池的滑移會導(dǎo)致對周邊件造成損壞。

圖2 蓄電池和保險(xiǎn)盒不推薦布置方案

a）如果蓄電池與保險(xiǎn)盒同時(shí)布置在機(jī)艙內(nèi)，則蓄電池與保險(xiǎn)盒的布置要盡量避免圖 2所示前后重疊不推薦布置效果，而應(yīng)盡量采用圖3所示平行排布的推薦布置效果；避免蓄電池X向移動后對保險(xiǎn)盒造成傷害，從而影響整車電安全。

b）蓄電池盡量不要布置在真空助力泵正前方距離較近位置，以避免在碰撞過程中蓄電池撞擊真空助力泵，增大制動踏板侵入位移量。

圖3 蓄電池和保險(xiǎn)盒推薦布置方案

2.1.3 ESP 的布置策略

ESP 單元布置時(shí)，應(yīng)充分考慮與真空助力泵的位置關(guān)系及距離，位置不要正對真空助力泵，避免在碰撞過程中，ESP單元撞擊真空助力泵，增大制動踏板位移侵入量。

2.2 車輛前后端造型相關(guān)尺寸

2.2.1 前端造型布置策略

前大燈距地高度是否大于555mm，以避免在防撞梁動態(tài)測試中，壁障直接撞擊前大燈；前機(jī)艙蓋距地高度是否大于755mm，以避免在防撞梁動態(tài)測試中，機(jī)艙蓋直接由壁障造成損壞；若前機(jī)艙蓋距地高度小于755mm，機(jī)艙蓋前沿距前保距離是否大于75mm（推薦）。

2.2.2 后端造型布置策略

后尾燈距地高度是否大于705mm，以避免在低速碰撞測試中，后尾燈造成損壞；后背門距地面高度是否大于705mm，以避免在防撞梁動態(tài)測試中，后背門直接由壁障造成損壞；若后背門距地高度小于705mm，則后背門距離后保是否大于75mm。

3 行人保護(hù)控制策略

參考法規(guī)GB/T 24550-2009《汽車對行人的碰撞保護(hù)》，分別對行人保護(hù)的腿部碰撞進(jìn)行前期策略控制及頭部碰撞區(qū)域進(jìn)行控制。

3.1 前保的控制策略

保證前保險(xiǎn)杠與前防撞梁間的 X向有效間隙大于 80 mm。

3.2 機(jī)蓋設(shè)計(jì)策略

機(jī)蓋設(shè)計(jì)策略主要從行人保護(hù)頭部碰撞的角度上考慮。即車輛碰撞到行人時(shí)，頭部會撞擊機(jī)蓋，通過機(jī)蓋的變形緩沖機(jī)艙使頭部傷害值降低。故要求機(jī)蓋或周邊件變形空間較大，同時(shí)碰撞時(shí)頭部接觸物較軟。

3.2.1 機(jī)蓋外板設(shè)計(jì)策略

鋼板材料厚度不大于0.7mm，保證鋼板容易變形，實(shí)現(xiàn)頭部接觸物較軟的策略。保證機(jī)罩后沿參照線畫在機(jī)罩上（即要求 Φ165mm 球在始終與風(fēng)擋接觸的條件下滾過機(jī)罩后沿時(shí)與車身的另一接觸點(diǎn)在機(jī)罩上）。[1]

3.1.2 機(jī)蓋內(nèi)版設(shè)計(jì)策略

鋼板材料厚度不大于0.7mm，保證鋼板容易變形，實(shí)現(xiàn)頭部接觸物較軟的策略。機(jī)罩周邊區(qū)域機(jī)罩內(nèi)板到機(jī)艙內(nèi)硬點(diǎn)Z 向間距應(yīng)不小于80mm（特殊區(qū)域需進(jìn)行分析確認(rèn)，如大燈區(qū)域、通風(fēng)蓋板區(qū)域等），保證頭部碰撞時(shí)有足夠的碰撞變形空間，如圖4所示。

圖4 機(jī)罩內(nèi)部空間示意

機(jī)罩內(nèi)板局部剛度大的位置開一定數(shù)量的弱化孔，這些弱化孔可同時(shí)作為機(jī)艙隔熱墊插接孔。[2]保證頭部碰撞物剛度較弱，容易變形，如圖5所示。

圖5 機(jī)罩內(nèi)部弱化策略示意

3.2.3 機(jī)蓋鉸鏈設(shè)計(jì)策略

機(jī)罩鉸鏈作為機(jī)蓋不可缺少的一部分，同時(shí)為了承載機(jī)蓋的重量和維持機(jī)蓋的運(yùn)動，設(shè)計(jì)時(shí)需要剛度較大，強(qiáng)度較大，會對行人頭部碰撞不利，故安裝座位置應(yīng)盡量后移遠(yuǎn)離頭部碰撞區(qū)域。

有些車型受限于機(jī)罩尺寸限制，機(jī)罩鉸鏈只能布置在頭部碰撞區(qū)域，則可以在結(jié)構(gòu)上弱化鉸鏈安裝座剛度，如采用折彎、開孔等方式，使鉸鏈?zhǔn)茴^部撞擊時(shí)容易變形，從而降低行人的頭部的傷害值。鉸鏈與機(jī)罩固定時(shí)，采用凸焊螺栓，即可以增加鉸鏈與機(jī)罩外板的空間，如圖6所示。

圖6 機(jī)蓋鉸鏈弱化設(shè)計(jì)策略

3.2.4 機(jī)蓋鎖的設(shè)計(jì)策略

機(jī)蓋鎖的位于頭部碰撞區(qū)域，為了滿足鎖體的安裝需求，一般設(shè)計(jì)時(shí)會對機(jī)蓋所有一定的剛度需求，從而對人體頭部碰撞不利；故在滿足鎖體安裝需求時(shí)，可使機(jī)罩鎖安裝板設(shè)計(jì)可壓潰結(jié)構(gòu)，弱化結(jié)構(gòu)剛度，鎖體安裝板與機(jī)罩內(nèi)板通過膠體連接，頭部碰撞到該區(qū)域時(shí)，綠色鎖體安裝板與機(jī)蓋內(nèi)板自動脫落，從而避免鎖體對頭部造成傷害，并考慮到鎖體的安裝結(jié)構(gòu)，建議安裝板的厚度不大于0.8mm。

水箱橫梁及前部空間允許情況下，可考慮多機(jī)罩鎖方式，以降低單機(jī)罩鎖周邊安裝剛度，從而達(dá)到弱化頭部碰撞物的需要，通過左右各一個(gè)鎖體取代中間鎖體。

3.3 翼子板設(shè)計(jì)策略

若機(jī)罩側(cè)沿參照線畫在翼子板上（圖中綠色線為機(jī)罩側(cè)沿參照線，做法參考 GB/T 24550-2009《汽車對行人的碰撞保護(hù)》），建議機(jī)罩側(cè)參照線拐點(diǎn)X 向不超過機(jī)罩后沿，避讓法規(guī)要求的碰撞區(qū)域。如下圖7所示。

圖7 翼子板后端布置示意說明

圖8 翼子板的設(shè)計(jì)策略示意

翼子板本身剛度盡量低，建議鋼板厚度不大于0.7mm。采用可壓潰式翼子板安裝支架，且翼子板翻邊下方留有足夠變形空間，至少60mm。如下圖8所示，翼子板下方有較大的空間，同時(shí)翼子板的厚度為0.7mm，頭部碰撞時(shí)容易變形，同時(shí)變形空間較大。

3.4 前大燈的控制策略

前大燈本體剛度較大，若頭部與之接觸，會有較大的傷害值，故在前期設(shè)計(jì)時(shí)，盡量保證前大燈與頭部不直接接觸，如將前大燈盡量隱藏在機(jī)罩下面，避免機(jī)罩前沿參照線畫在大燈上（圖9中綠色線為機(jī)罩前沿參照線）。

圖9 前大燈的布置策略

圖10 前大燈的安裝點(diǎn)弱化示意

前大燈后方預(yù)留機(jī)罩潰縮變形空間，即保證前大燈與機(jī)罩之間的間隙盡量大，同時(shí)考慮安裝點(diǎn)弱化，即當(dāng)頭部撞擊到前大燈時(shí)，由于安裝點(diǎn)較弱則會斷裂，導(dǎo)致前大燈碰撞下移，從而達(dá)到前大燈容易變形的需要，降低了頭部傷害值，如圖10所示。

3.5 其他系統(tǒng)的控制策略

3.5.1 雨刮螺柱控制策略

雨刮螺柱剛度較大，不易變形，同時(shí)在頭部碰撞區(qū)域之內(nèi)，故布置時(shí)對頭部碰撞的風(fēng)險(xiǎn)較大，一般建議將雨刮螺柱隱藏在機(jī)罩下方同時(shí)保證雨刮螺柱與機(jī)罩留有一定的間隙，保證頭部碰撞到機(jī)罩時(shí)有一定的變形空間，如果無法隱藏則建議采用壓潰式結(jié)構(gòu)。當(dāng)頭部碰撞到雨刮螺柱時(shí)，雨刮螺柱自動潰縮，達(dá)到了螺柱變形的需求，從而降低頭部碰撞的傷害值。

3.5.2 通風(fēng)蓋板的控制策略

通風(fēng)蓋板建議隱藏在機(jī)罩下方，調(diào)整通風(fēng)蓋板及風(fēng)擋膠條的 Z 向高度，確保機(jī)罩后沿參照線畫在機(jī)罩上。如圖 11所示。參考法規(guī)GB/T 24550-2009《汽車對行人的碰撞保護(hù)》，通風(fēng)蓋板的密封膠條固定形式采用卡扣式或橫式卡槽。若采用圖12示意的右圖，則會導(dǎo)致通風(fēng)蓋板與引擎蓋的變形空間減小，從而增加了頭部碰撞的傷害值。

圖11 通風(fēng)蓋板策略

圖12 通風(fēng)蓋板密封條

4 結(jié)束語

在造型、總布置及詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，分別從車身系統(tǒng)、外飾系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、動力及底盤系統(tǒng)五個(gè)方面對涉及到影響車輛安全性能的系統(tǒng)提出要求，從而指導(dǎo)設(shè)計(jì)人員進(jìn)行造型、總布置及詳細(xì)設(shè)計(jì)工作，更好進(jìn)行前期規(guī)劃控制。[3]本文重點(diǎn)探討的是整車駕駛室外部布置的安全性前期控制策略，其更側(cè)重的是對整車正碰、偏置碰時(shí)需要確保乘員安全設(shè)計(jì)要求的生存空間，而實(shí)際整車安全需要考慮的方面較為廣泛，后期將結(jié)合實(shí)際工作展開進(jìn)一步的研究。[4]