摘要：根據(jù)新側(cè)碰法規(guī)修訂版適用車(chē)型范圍，目前法規(guī)范圍外的VAN車(chē)也需要對(duì)其側(cè)碰進(jìn)行提前應(yīng)對(duì)與研究。針對(duì)某款試驗(yàn)對(duì)標(biāo)VAN車(chē)，進(jìn)行了新舊側(cè)碰法規(guī)的仿真分析，對(duì)B柱、車(chē)門(mén)的侵入量及侵入速度進(jìn)行了提取對(duì)比，并針對(duì)新側(cè)碰法規(guī)對(duì)車(chē)身側(cè)碰薄弱區(qū)域進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，提升了本VAN車(chē)的側(cè)面碰撞耐撞性能。

關(guān)鍵詞：VAN車(chē)；側(cè)面碰撞；結(jié)構(gòu)優(yōu)化；耐撞性

中圖分類(lèi)號(hào)：U467 收稿日期：2024-07-23

1 前言

在汽車(chē)碰撞交通事故中，側(cè)面碰撞是一種典型的交通事故類(lèi)型，在汽車(chē)開(kāi)發(fā)階段針對(duì)性地進(jìn)行側(cè)碰安全研究，是汽車(chē)廠(chǎng)商必不可少的一環(huán)。

相關(guān)國(guó)家和地區(qū)針對(duì)此種工況，建立了完善的側(cè)面碰撞法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，全球側(cè)碰安全法規(guī)主要是歐系和美系兩大類(lèi)，歐系如ECE R95/R135，美系如FMVSS 214。在我國(guó)，針對(duì)傳統(tǒng)燃油車(chē)的側(cè)碰標(biāo)準(zhǔn)是GB 20071—2006《汽車(chē)側(cè)面碰撞的乘員保護(hù)》[1]（簡(jiǎn)稱(chēng)舊側(cè)碰法規(guī)），采用的是歐系的ECE R95標(biāo)準(zhǔn)。

隨著人們對(duì)安全的重視、技術(shù)的進(jìn)步以及市場(chǎng)的需求，法規(guī)也需要跟進(jìn)時(shí)代的步伐。2022年上半年，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)發(fā)布了側(cè)碰新法規(guī)修訂版草案GB 20071—202X[2]（簡(jiǎn)稱(chēng)新側(cè)碰法規(guī)），而正式法規(guī)文件預(yù)計(jì)在2026年7月1號(hào)發(fā)布并同步在新車(chē)型上實(shí)施，在產(chǎn)車(chē)型2028年7月1號(hào)實(shí)施。這一草案的發(fā)布，將測(cè)試車(chē)輛的范圍擴(kuò)寬到包括R點(diǎn)高于700 mm的M1、N1類(lèi)汽車(chē)，且取消了質(zhì)量限制，目前大部分VAN車(chē)由于它較高的座椅R點(diǎn)或較重的總質(zhì)量屬于豁免車(chē)型，不需要做側(cè)面碰撞法規(guī)試驗(yàn)。新法規(guī)發(fā)布之后，其中屬于M1、N1類(lèi)的VAN車(chē)也要應(yīng)對(duì)此法規(guī)，因此對(duì)VAN車(chē)的側(cè)面碰撞耐撞性研究十分必要。

本文在某款電動(dòng)VAN車(chē)的基礎(chǔ)上，通過(guò)舊側(cè)碰法規(guī)進(jìn)行仿真與試驗(yàn)的模型驗(yàn)證，在模型有效的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對(duì)新舊側(cè)碰法規(guī)下B柱的侵入速度、侵入量和車(chē)門(mén)的侵入速度、侵入量以及電池包保護(hù)情況進(jìn)行對(duì)比分析，并針對(duì)新側(cè)碰法規(guī)進(jìn)行了關(guān)鍵部件的結(jié)構(gòu)優(yōu)化與驗(yàn)證，完成本款VAN車(chē)基于新舊側(cè)面碰撞的車(chē)體耐撞性的相關(guān)研究。

2 新舊側(cè)碰法規(guī)內(nèi)容對(duì)比

新法規(guī)GB 20071—202X針對(duì)試驗(yàn)方法和技術(shù)要求都進(jìn)行了升級(jí)，相比現(xiàn)行法規(guī)GB 20071—2006《汽車(chē)側(cè)面碰撞的乘員保護(hù)》主要變化點(diǎn)如下：

a.適用于M1、N1類(lèi)汽車(chē)，以及多用途貨車(chē)，取消了R點(diǎn)離地高度高于700 mm和總質(zhì)量不大于2 500 kg的豁免，這也是考慮到車(chē)輛在經(jīng)過(guò)橫向碰撞后都會(huì)存在觸電或燃油泄漏、乘客受傷的風(fēng)險(xiǎn)。

b.假人調(diào)整，由原來(lái)的ESI或ESII更新為WorldSID 50th或ES2-re，現(xiàn)有法規(guī)的假人存在一些設(shè)計(jì)缺陷，并不能很好地反映人體碰撞響應(yīng)，而WorldSID 50th假人也是現(xiàn)行C-NCAP側(cè)面碰撞主駕假人，CNCAP是中國(guó)最權(quán)威和標(biāo)準(zhǔn)最嚴(yán)格的第三方安全測(cè)試機(jī)構(gòu)之一。

c.壁障升級(jí)，由原來(lái)的950 kg調(diào)整為1 400 kg的AEMDB壁障，所使用的AEMDB壁障類(lèi)型與CNCAP側(cè)碰壁障完全相同。

d.碰撞后，非撞擊側(cè)車(chē)門(mén)應(yīng)處于解鎖狀態(tài)，這對(duì)撞擊后乘客是否能第一時(shí)間受到救援或脫離至關(guān)重要。

可以發(fā)現(xiàn)，新法規(guī)最大的變化為壁障升級(jí)，重量提升帶來(lái)的撞擊能量提升約43 kJ，提升比例高達(dá)47.4%，由此可見(jiàn)，對(duì)以前只需要滿(mǎn)足當(dāng)前國(guó)標(biāo)開(kāi)發(fā)的整車(chē)結(jié)構(gòu)要求大大提升。另外一點(diǎn)主要的變化為，新國(guó)標(biāo)對(duì)于車(chē)輛裝備了自動(dòng)激活的車(chē)門(mén)鎖止系統(tǒng)，試驗(yàn)后非撞擊側(cè)車(chē)門(mén)應(yīng)處于解鎖狀態(tài)，這就要求全系車(chē)輛配備側(cè)碰傳感器，使車(chē)門(mén)能在碰撞后瞬間接收到碰撞信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)解鎖需求。

3 整車(chē)有限元模型有效性驗(yàn)證

本次車(chē)型選用某電動(dòng)VAN車(chē)進(jìn)行仿真分析，使用前處理軟件Hypermesh進(jìn)行網(wǎng)格建模和模型搭建，使用LS-DYNA求解器進(jìn)行計(jì)算，最后利用HyperView和HyperGraph進(jìn)行結(jié)果后處理，整車(chē)側(cè)面碰撞模型如圖1所示。

本款VAN車(chē)進(jìn)行了GB 20071—2006側(cè)面碰撞實(shí)車(chē)試驗(yàn)，建立了同等工況的側(cè)碰仿真模型，依據(jù)碰撞試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)仿真模型進(jìn)行了相關(guān)修正和對(duì)標(biāo)。圖2所示為試驗(yàn)與仿真變形對(duì)比，其中碰撞側(cè)前門(mén)、B柱、側(cè)圍整體變形情況基本一致，試驗(yàn)與仿真中電池包安裝支架均無(wú)明顯變形，電池包均未受到擠壓；駕駛室后隔板均向內(nèi)擠壓變形，有明顯折痕。

同時(shí)，對(duì)碰撞后的試驗(yàn)和仿真車(chē)輛進(jìn)行了相關(guān)測(cè)量，如表1所示，這些測(cè)量的位置10個(gè)點(diǎn)有7個(gè)點(diǎn)的試驗(yàn)后的測(cè)量值和仿真值差值在正負(fù)30 mm以?xún)?nèi)，另外3個(gè)測(cè)點(diǎn)的數(shù)值差異在30～60 mm之間，最大差值為58 mm。整體下來(lái)，認(rèn)為仿真模型能真實(shí)地反映車(chē)體側(cè)碰的力學(xué)性能，可以進(jìn)行下一步仿真研究，因此進(jìn)一步在此模型基礎(chǔ)上搭建了新側(cè)碰法規(guī)仿真模型。

4 新舊側(cè)碰法規(guī)下的對(duì)比仿真分析

根據(jù)GB 20071—202X側(cè)碰法規(guī)意見(jiàn)稿，壁障的更新使得撞擊能量大幅提升，對(duì)于車(chē)體的要求會(huì)更加嚴(yán)格。以下從B柱侵入量、侵入速度和左側(cè)前門(mén)的侵入量、侵入速度以及電池包保護(hù)情況五個(gè)指標(biāo)來(lái)對(duì)比分析在新舊側(cè)面碰撞法規(guī)下車(chē)體耐撞性能的表現(xiàn)，圖3為B柱及左前車(chē)門(mén)測(cè)量點(diǎn)位置示意圖，從上到下依次為測(cè)點(diǎn)1至測(cè)點(diǎn)6。

4.1 B柱侵入量及侵入速度對(duì)比分析

對(duì)于側(cè)面碰撞，B柱是影響碰撞性能最關(guān)鍵的部位之一，B柱的侵入量和侵入速度直接影響了乘員的生存空間和對(duì)乘員的二次傷害，因此，本文對(duì)新舊側(cè)碰法規(guī)下B柱的侵入量和侵入速度進(jìn)行了對(duì)比。

如表2所示，舊側(cè)碰法規(guī)B柱6個(gè)測(cè)點(diǎn)的侵入量和侵入速度均較小，最大的侵入量出現(xiàn)在B柱下部，峰值大小為74.4 mm，峰值時(shí)刻發(fā)生在58 m/s，最大侵入速度5.7 m/s。新側(cè)碰法規(guī)下B柱最大侵入量發(fā)生在同一位置，峰值大小為101.6 mm，在舊法規(guī)的基礎(chǔ)上增大了36.5%，最大侵入速度7.0 m/s，增大了22.8%。

4.2 左前門(mén)侵入量及侵入速度對(duì)比分析

另一個(gè)影響乘員生存空間和傷害值的重要車(chē)體評(píng)價(jià)指標(biāo)就是碰撞側(cè)車(chē)門(mén)的侵入量及侵入速度。本文對(duì)車(chē)門(mén)選取了6個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，測(cè)點(diǎn)位置如圖4所示，由于本款VAN車(chē)座椅R點(diǎn)較高，本文選取的測(cè)點(diǎn)并沒(méi)有只針對(duì)假人傷害值部位，還對(duì)車(chē)體下端選取部分點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。舊側(cè)碰法規(guī)下車(chē)門(mén)最大的侵入量為108.3 mm，峰值時(shí)刻發(fā)生在57 ms，最大侵入速度5.9 m/s。新側(cè)碰法規(guī)下車(chē)門(mén)最大侵入量發(fā)生在同一位置，峰值大小為134.9 mm，在舊法規(guī)的基礎(chǔ)上增大了24.5%，最大侵入速度8.3 m/s，增大了40.7%，如表3所示。

4.3 電池包保護(hù)對(duì)比分析

圖4可以明顯看出，本款VAN車(chē)電池包在新舊側(cè)面碰撞法規(guī)下均未受到擠壓，電池包與縱梁安裝支架也無(wú)明顯變形，電池包受到有效保護(hù)。這也得益于這款VAN車(chē)較大的尺寸，電池包安裝支架連接的縱梁端面距離白車(chē)身門(mén)檻梁內(nèi)側(cè)端面Y向距離有369 mm，使得在側(cè)碰過(guò)程中，除了車(chē)體本身有較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)來(lái)抵抗撞擊變形之外，其足夠的變形空間，也能有效地防止電池包受到擠壓，保證碰撞過(guò)程中的電池包安全，不會(huì)發(fā)生起火爆炸的危險(xiǎn)。

5 基于新法規(guī)的關(guān)鍵部件優(yōu)化

基于新側(cè)碰法規(guī)，本文針對(duì)B柱、車(chē)門(mén)及車(chē)身底部三個(gè)部位的關(guān)鍵部件進(jìn)行了優(yōu)化，同時(shí)對(duì)優(yōu)化方案進(jìn)行了結(jié)果對(duì)比分析。

5.1 B柱改進(jìn)

VAN車(chē)在B柱結(jié)構(gòu)上與乘用車(chē)有些不同，其B柱外板為車(chē)體前車(chē)門(mén)門(mén)框部分，后側(cè)圍外板與其焊接一起，而不是一體式結(jié)構(gòu)，這是因?yàn)橛械腣AN車(chē)后側(cè)圍左側(cè)為封閉式、右側(cè)單滑門(mén)結(jié)構(gòu)，有的車(chē)型會(huì)布置為兩側(cè)雙滑門(mén)結(jié)構(gòu)，這與車(chē)型配置和前期定位有關(guān)。本款VAN車(chē)B柱內(nèi)部部件的結(jié)構(gòu)、材料、料厚如圖5所示，其中中間部位的B柱內(nèi)板加強(qiáng)板由三塊獨(dú)立的鈑金件組成，與內(nèi)板焊接，這使得在碰撞過(guò)程中不能很好地起到抵抗變形和傳遞能量的作用。因此本文對(duì)B柱內(nèi)板加強(qiáng)板進(jìn)行了優(yōu)化，將中間部位的鈑金件延長(zhǎng)至與下方加強(qiáng)件焊接為一體，零件材料為DC01料厚1.2 mm，其他不變，改進(jìn)結(jié)構(gòu)如圖5所示。

5.2 前門(mén)改進(jìn)

從以上的仿真結(jié)果可知，前門(mén)的侵入速度與侵入量較B柱均較大，這是由于VAN車(chē)較大的車(chē)身尺寸使得壁障與車(chē)門(mén)在X向的重疊量較大，車(chē)門(mén)承受了較多的沖擊。同時(shí)由于車(chē)身較高，壁障與車(chē)門(mén)在Z向高度上的重疊量較小，車(chē)門(mén)中間的防撞梁高于壁障，使其并沒(méi)有起到很好的支撐和吸能的作用。因此本文將中間防撞梁與最下端防撞梁之間新增了一個(gè)連接鈑金件，形成“倒A形”環(huán)形支撐結(jié)構(gòu)，材料SAPH440，料厚3.0 mm，改進(jìn)結(jié)構(gòu)如圖6所示。

5.3 其他部位改進(jìn)

在車(chē)身地板下方對(duì)應(yīng)壁障后部撞擊位置的縱梁與門(mén)檻梁之間增加了三個(gè)加強(qiáng)件，用來(lái)保護(hù)B柱和門(mén)檻的變形，加強(qiáng)短橫梁的材料為DC01，料厚為2.5 mm，兩個(gè)支撐連接小件的材料為DC01，料厚為1.5 mm，優(yōu)化結(jié)構(gòu)如圖7所示。

5.4 優(yōu)化結(jié)果對(duì)比

優(yōu)化后，新側(cè)碰法規(guī)下B柱及車(chē)門(mén)的侵入速度、侵入量都有明顯減小，如表4所示，其中B柱最大侵入量從101.6 mm減小到68.0 mm，減小了33%；B柱的侵入速度與優(yōu)化前基本相當(dāng)，最大侵入速度從7.0 m/s減小到6.7 m/s，減小4%。前車(chē)門(mén)的最大侵入量從134.9 mm減小到106.1 mm，減小21.3%；侵入速度也均有降低，最大侵入速度由8.3 m/s降低到7.1 m/s，降低14.4%，優(yōu)化前后侵入量和侵入速度對(duì)比結(jié)果如表5所示。電池包保護(hù)也得到進(jìn)一步提升。

6 結(jié)語(yǔ)

a.分析了新舊側(cè)碰法規(guī)主要變化點(diǎn)。

b.根據(jù)某電動(dòng)VAN實(shí)車(chē)側(cè)碰試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了仿真有限元模型的有效性。

c.新舊側(cè)碰法規(guī)進(jìn)行仿真結(jié)果對(duì)比分析，新側(cè)碰法規(guī)B柱、車(chē)門(mén)的侵入量與侵入速度均顯著增大。

d.針對(duì)新側(cè)碰法規(guī)，對(duì)B柱、車(chē)門(mén)及車(chē)身底部關(guān)鍵部位提出優(yōu)化方案，有效提高了整車(chē)側(cè)面碰撞的耐撞性能。研究結(jié)論對(duì)于開(kāi)發(fā)一款需要滿(mǎn)足新側(cè)碰法規(guī)的VAN車(chē)具有重要意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]GB 20071—2006 汽車(chē)側(cè)面碰撞的乘員保護(hù)[S].

[2]GB 20071—202X 汽車(chē)側(cè)面碰撞的乘員保護(hù)[S].