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侧柱碰工况下乘员保护应对策略
2021-05-29 15:43:13· 来源：碰撞与安全
就车辆被动安全性能来说，现在市面上几乎所有车辆最不擅长的是侧面柱碰。侧柱碰事故通常为车辆失控、发生侧滑后，撞上树木、电线杆等圆柱形障碍。在比较严重的侧
就车辆被动安全性能来说，现在市面上几乎所有车辆最不擅长的是侧面柱碰。侧柱碰事故通常为车辆失控、发生侧滑后，撞上树木、电线杆等圆柱形障碍。在比较严重的侧柱碰事故中，驾驶室严重变形、甚至撕裂，乘员舱乘客死亡的案例比比皆是。图1是一个典型的侧柱碰事故，车辆行驶过程中因车速过快而失控，右侧与沟渠边电杆发生碰撞，车辆严重受损，驾驶员死亡。
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。
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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