侧柱碰工况下乘员保护应对策略
据2015年CIDAS(China In-Depth Accident Study)数据显示,汽车侧柱碰事故死亡率高达30.8%。在侧柱碰中,由于固定柱刚度大、与车辆接触面积小,对车辆侧面局部侵入量非常大,极易对车内乘员造成严重伤害,因而提高侧柱碰工况下车辆的乘员保护性能具有重要意义。中汽测评已经发布了最新的《C-NCAP管理规则(2021年版)》,针对新能源汽车,新增侧柱碰试验项目,并对乘员损伤进行评价。
典型侧面柱碰事故
01、C-NCAP侧柱碰评价方法
C-NCAP规定的侧柱碰试验方法为滑动车辆以32km/h的速度,75°的角度撞击固定刚性柱,在前排驾驶员位置放置一个World SID 50th假人,测量乘员损伤情况,如图2所示。前排假人可以得到的最高分数为16分,评分部位为头部、胸部、腹部和骨盆,每个部位最高得分均为4分。除了胸部压缩量低性能限值为55 mm,其他指标限值与AEMDB试验一致。
侧面柱碰评价方法
02、车身结构影响
在侧面柱碰撞乘员保护中,车体刚度和车体质量对乘员损伤影响较小。主要原因是在侧向碰撞中,座椅和安全带对乘员的约束作用较小,乘员处于一个接近完全自由的状态,直到乘员与展开的侧气囊接触,并受到侧气囊的保护作用;同时在侧柱碰中,车门与刚性柱接触的前10 ms内已完成变形,如图3所示,所以侧面安全气囊完全展开时,一侧受到乘员的挤压,另一侧与完成变形的车门直接接触,在整个柱碰撞过程中,对乘员起到吸能作用的只有侧气囊和门饰板。
侧柱碰10ms后车门状态
03、头部保护策略
C-NCAP规定,只有两侧同时装配了侧气帘/头胸一体式气囊的车辆,才能进行侧面柱碰撞试验,未装配的车辆该项试验得分为0分。侧气帘需满足侧面碰撞头部保护区域的要求,若覆盖不足,会导致头部与刚性柱直接接触。此外,侧气帘需保证一定的厚度及充气压力,确保碰撞过程中假人头部不会发生触底,造成头部损伤超标,如图4所示。
侧气帘
04、肩部保护策略
柱碰评价中,若肩部侧向力大于3kN,胸部得0分。为了缓和对肩部的冲击,侧气囊需要完全覆盖/半覆盖假人肩部。假人肩部撞击B柱饰板/门饰板,饰板刚度对肩部力起到决定性作用,肩部对应饰板区域应避免布置卡扣、金属结构等硬点,防止刚度过大。为了防止肩部触底、与钣金发生硬接触造成肩部力急剧升高,饰板到钣金结构之间应保证足够的吸能空间。如图5所示,某车型因肩部触底钣金,肩部力严重超标,通过优化B柱饰板刚度及钣金空间,可有效降低肩部力。
肩部力超标及优化
05、胸部保护策略
胸部肋骨压缩变形量是侧柱碰的重点失分项。胸部肋骨主要受假人手臂和侧气囊的挤压,碰撞前假人手臂位于胸部与气囊之间,如碰撞中不能及时避开肋骨,会严重挤压胸部,造成肋骨变形量急剧上升,而合理优化气囊包形和展开过程,让手臂垂直向上抬起,如图6所示,则可以显著降低胸压量。
手臂90°抬起
为了达到理想的手臂运动姿态,需要关注内饰空间,气囊覆盖区域、折叠方式,座椅撕裂线、发泡槽(见图7)及侧气囊导向部件设计等。为了保证气囊顺利入位,还需关注门饰板及B柱饰板的初始空间状态。气囊应完全覆盖胸臀区域,并尽早点爆,让气袋向假人快速展开,保证完全入位基础上,从下方抬起手臂。
在保证假人顺利抬手的同时,需进行气囊刚度匹配,如调节泄气孔尺寸,避免刚度过高严重挤压肋骨或刚度过低造成触底。
座椅撕裂线及发泡槽
06、腹部保护策略
假人腹部传感器通常对应门饰板扶手高度,可通过优化扶手Y向刚度来改善腹部损伤,主要采用弱化结构设计、避开硬点的方式,如图8所示。弱化过程中,需重点关注扶手刚度降低后触底车门钣金风险。
门饰板扶手弱化
07、骨盆保护策略
C-NCAP规定,只有两侧同时装配了侧气帘/头胸一体式气囊的车辆,才能进行侧面柱碰撞试验,未装配的车辆该项试验得分为0分。侧气帘需满足侧面碰撞头部保护区域的要求,若覆盖不足,会导致头部与刚性柱直接接触。此外,侧气帘需保证一定的厚度及充气压力,确保碰撞过程中假人头部不会发生触底,造成头部损伤超标,如图4所示。
骨盆缓冲块
总结
侧柱碰乘员保护是一个系统性工程,需要从钣金布置、门饰板、座椅及气囊设计等方面综合考量,才能有效提升乘员保护性能。对于胸压量这一重点指标,一方面要确保气囊顺利抬起手臂,另一方面要合理匹配气囊刚度。
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