某車型FMVSS214與E-NCAP側面柱碰撞差異

侯福震 張世凱 金龍 師玉濤

（長城汽車股份有限公司技術中心；河北省汽車工程技術研究中心）

在汽車發生側面柱碰撞時，主要的承載力由上門檻、下門檻、車門及B 柱等結構承擔，由于車內乘員距離車門內飾空間較小，較大的車身侵入量或較快的侵入速度，均給車內乘員造成巨大傷害。因此側面柱碰撞一直是各國新車評價規程的重點考察項目，也是各主機廠對車身碰撞安全性的主要研究內容及研究難點。為研究FMVSS 214 與E-NCAP 側面柱2 種試驗工況使用同一點火策略的可行性，文章對比了其工況差異，對車體響應和車內乘員傷害情況進行了分析，在車體結構設計及約束系統匹配等方面提出優化改進建議。

1 某車型FMVSS 214與E-NCAP側面柱試驗對比

1.1 碰撞工況對比

某車型FMVSS 214 與E-NCAP 側面柱碰撞示意圖，如圖1 所示[1]。從圖1 可以看出，FMVSS 214 側面柱碰撞接觸位置較E-NCAP 側面柱更靠前，距離B 柱位置更遠，對側面車體結構要求也更高。

1.2 評價指標對比

FMVSS 214 與E-NCAP 側面柱2 種碰撞形式的評價部位均為車內乘員頭部、胸部、腹部及骨盆4 部分[2]。FMVSS 214 側面柱傷害限值與E-NCAP 低性能限值基本相同，即：如車內乘員傷害情況滿足E-NCAP 側面柱試驗低性能限制要求，亦可滿足FMVSS 214 側面柱試驗要求。

1.3 車體響應

1.3.1 B 柱加速度曲線對比

為研究2 種試驗工況使用同一點火策略的可行性，進行了某款B 級車FMVSS 214 側面柱碰撞試驗，試驗車ABM標定工況包含E-NCAP 側面柱試驗工況，不包括FMVSS 214 側面柱試驗工況。基于2 種碰撞形式下假人傷害情況更具有對比性，本次FMVSS 214 側面柱試驗采用ES-2re 假人[3]。

通過2 次試驗數據分析對比可知：碰撞前期FMVSS 214 試驗車右B 柱Y 向加速度曲線與E-NCAP試驗基本一致，如圖2 所示，說明碰撞前期2 種碰撞形式車體運動響應一致；2 次試驗過程中，側氣簾和側氣囊均在18 ms 時展開，滿足使用同一點火策略的條件。

1.3.2 車身侵入量對比

為研究車身和B 柱的侵入量，在車門上邊緣、門中央及下門檻位置分別各選一最大變形量點，對比2 次試驗車體變形情況，如表1 所示。可以看出FMVSS 214側面柱試驗車車身最大侵入量大于E-NCAP，但B 柱位置侵入量，E-NCAP 試驗車大于FMVSS 214，可以說明FMVSS 214 側面柱試驗中，B 柱承載力作用低于E-NCAP。結合車體變形情況，E-NCAP 試驗侵入方向為垂直于汽車縱向中心線方向，垂直向車內侵入，最大侵入量位置在碰撞基準線處；FMVSS 214 侵入方向與汽車縱向中心線成75°，斜向后方向車內侵入，最大侵入量在碰撞基準線之后。

表1 FMVSS 214 與E-NCAP 側面柱變形量對比表mm

1.3.3 車身侵入速度

由于FMVSS 214 側面柱碰撞位置距離B 柱更遠，左B 柱Y 向加速度幅值低于E-NCAP，如圖3 所示，即2 種碰撞形式下，FMVSS 214 側面柱中左B 柱Y 向承載力低于E-NCAP，所以FMVSS 214 側面柱中上門檻、車門及下門檻承載力較大。以B 柱中位置加速度計算車體侵入速度，2 種碰撞形式的車身侵入速度對比，如圖4 所示，E-NCAP 側面柱侵入速度最大為7 m/s，FMVSS 214 側面柱侵入速度最大為6 m/s，FMVSS 214側面柱侵入速度低于E-NCAP 側面柱。

1.4 假人傷害情況對比

對某款B 級車進行E-NCAP 與FMVSS 214 側面柱假人傷害情況對比。

1.4.1 肋骨壓縮變形量

圖5 示出2 種工況的肋骨壓縮變形量對比，從圖5 中可以看出，E-NCAP 試驗上中下肋骨壓縮變形量大于FMVSS 214 試驗，其中0～30 ms 肋骨壓縮變形量變化快慢，是2 次試驗肋骨壓縮變形量差異的主要原因。

依據側碰假人肋骨構造（如圖6 所示），假人肋骨受到的力（F/N）的計算式，如式（1）所示，當假人未產生側向位移時，假人肋骨受到的力，如式（2）所示。

式中：k——彈性系數；

x——壓縮距離，mm；

m——假人質量，kg；

a——加速度，g。

由式（1）和式（2）可得：x=ma/k。2 次試驗為同一假人，m 和k 均相同，當假人未產生側向位移時，x 與a 成正比例關系。所以假人未產生側向位移（0～30 ms），E-NCAP 試驗上中下肋骨壓縮變形量大于FMVSS 214試驗，是由于E-NCAP 上中下肋骨加速度大于FMVSS 214 所致。2 種試驗的肋骨加速度對比圖，如圖7 所示。

1.4.2 恥骨力與腹部合力

恥骨力及腹部合力對比，如圖8 和圖9 所示。從圖8 和圖9 中可以看出，FMVSS 214 側面柱恥骨力及腹部合力均遠遠大于E-NCAP。結合試驗后油彩印記，如圖10 所示，E-NCAP 中側氣囊可以很好地覆蓋到車內乘員胸部、腹部及骨盆等保護部位；而FMVSS 214 中，由于碰撞位置靠前，侵入方向為斜向后方，所以側氣囊不能完全覆蓋到車內乘員的骨盆，使車內乘員骨盆與車門內飾直接接觸，導致傷害值大大增高；由于乘員腹部對應車門扶手位置，40 ms 后側氣囊被擊穿，腹部合力迅速變大。

1.5 約束系統匹配適用性

由圖2 可知，2 次試驗前期，非碰撞側車體加速度一致；試驗后，2 次試驗點火時刻相同（18 ms 處），所以2 種碰撞試驗可以使用同一種點火策略。

由圖4 和圖6 可知，左B 柱中位置FMVSS 214 側面柱試驗車體侵入速度低于E-NCAP 側面柱，車內乘員受力晚于E-NCAP 側面柱，所以滿足使用E-NCAP側面柱點火策略的條件。

由圖9 和圖10 可知：1）FMVSS 214 側面柱試驗在40 ms 后，車內乘員腹部仍受到較大的侵入力，所以FMVSS 214 側面柱要求側氣囊具有更長的保壓時間；2）FMVSS 214 側面柱試驗假人骨盆與車門內飾直接接觸，傷害值高，E-NCAP 側面柱試驗假人骨盆與側氣囊接觸，傷害值較低，所以FMVSS 214 側面柱試驗要求側氣囊向前覆蓋面積更大。

2 結論

1）碰撞初期（0～30 ms），FMVSS 214 與E-NCAP 側面柱非碰撞側加速度曲線一致；試驗后，2 次試驗點火時刻相同，故約束系統匹配時，可以使用同一種點火策略，不必重新進行ABM標定工作。

2）FMVSS 214 側面柱碰撞速度高于E-NCAP，侵入方向斜向后方，侵入量也更大，車內乘員腹部及骨盆受到的侵入力作用更大，作用時間更長，所以FMVSS 214 側面柱要求側氣囊覆蓋面積更大，保壓時間更長，對約束系統要求更高。建議使用帶主動泄氣孔的產品，便于均衡2 種碰撞形式下的車內乘員傷害。

3）FMVSS 214 側面柱碰撞位置較E-NCAP 更靠前，B 柱承載力FMVSS 214 小于E-NCAP，所以FMVSS 214 側面柱中要求車門、上門檻及下門檻承受的力大于E-NCAP，對汽車側面車體結構要求更嚴格。假人腹部對應車門扶手位置，所以建議增加車門橫梁以加強車門結構，減小FMVSS 214 側面柱試驗的侵入量；并對門內扶手造型進行一定優化，采用類似上下凸出，中部凹平型結構，達到降低車內乘員腹部及骨盆傷害的目的[4]。