整車造型階段的碰撞安全規劃策略

周飛

（福建省汽車工業集團云度新能源汽車股份有限公司）

在乘員安全方面，進行正碰、偏置碰時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，同時要減小車身減速度，需要在車身結構、布置方案、造型等方面進行優化設計。在行人保護方面，汽車對行人的傷害主要包括由保險杠、前散熱器罩和發動機罩前端等產生的一次碰撞時的下肢傷害，以及由發動機罩、擋風玻璃等產生的二次碰撞時的頭部傷害，故需要在車身結構設計時，將相關部位的剛度設計得較低，以緩沖對人體的撞擊。文章主要從碰撞安全及行人保護兩方面進行整車的設計說明，通過造型階段的前期規劃，為整車節省開發費用和時間。

1 碰撞控制策略

參考《GB 11551—2014 乘用車正面碰撞的乘員保護》所規定的C-NCAP 前部正面剛性壁障碰撞試驗方法、C-NCAP 前部偏置碰撞試驗方法，對汽車整車進行碰撞控制策略規劃。

1.1 機艙布置策略

1.1.1 動力總成布置策略

機艙布置中最大的系統為動力總成，即汽油車的發動機和變速箱、純電動車的電機和變速箱。現在以汽油車的動力總成為例，當車輛發生碰撞時，碰撞塊通過防撞梁經過左右縱梁吸能后，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，需要增加機艙左右縱梁的吸能空間。圖1 示出動力總成的布置示意圖，D1為發動機前端與防撞梁前端的距離，d1為變速箱與防撞梁前端的距離，D2為發動機后端與前圍板的距離，機艙可潰縮整體變形空間為D1+D2，根據較多五星級車型的布置經驗，建議以D1+D2≥500 mm 進行控制。

圖1 汽油車動力總成的布置示意圖

1.1.2 蓄電池與保險盒的布置策略

受限于制動踏板的布置，汽油車真空助力泵的位置較為固定，一般位于駕駛員前方部位。而蓄電池、保險盒則可以根據前艙的空間，進行較大的位置調整。同時，蓄電池的外形尺寸及剛度較大，即質量較大、自身不易變形，在發生碰撞時，蓄電池的滑移會對周邊件造成損壞，因此，在蓄電池與保險盒的布置方案中，應注意以下2 點：1）蓄電池盡量不要布置在真空助力泵正前方距離較近的位置，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；2）如果蓄電池與保險盒同時布置在機艙內，則蓄電池與保險盒的布置應盡量避免前后重疊，宜采用平行排布的方式，以避免蓄電池X 向移動后對保險盒造成傷害，從而影響整車電安全。圖2 示出蓄電池和保險盒布置方案。

圖2 汽油車蓄電池和保險盒布置方案

1.1.3 電子穩定裝置（ESP）的布置策略

ESP 單元在布置時，應充分考慮與真空助力泵的位置關系及距離，位置不要正對真空助力泵，以避免在碰撞過程中，ESP 單元撞擊真空助力泵、增大制動踏板位移侵入量。

1.2 汽車前后端造型相關尺寸控制策略

1.2.1 前端造型布置策略

前大燈距地高度應大于555 mm，以避免在防撞梁動態測試中，壁障直接撞擊前大燈；前機艙蓋距地高度應大于755 mm，以避免在防撞梁動態測試中，機艙蓋直接由壁障造成損壞；若前機艙蓋距地高度小于755 mm，機艙蓋前沿距前保險杠距離應大于75 mm（推薦）。

1.2.2 后端造型布置策略

后尾燈距地高度應大于705 mm，以避免在低速碰撞測試中造成后尾燈損壞；后背門距地面高度應大于705 mm，以避免在防撞梁動態測試中，后背門直接由壁障造成損壞；若后背門距地高度小于705 mm，則后背門距離后保險杠應大于75 mm。

2 行人保護控制策略

參考法規《GB/T 24550—2009 汽車對行人的碰撞保護》，對行人保護的腿部碰撞及頭部碰撞區域進行前期策略控制。

2.1 前保險杠的控制策略

應保證前保險杠與前防撞梁間的X 向有效間隙大于80 mm。

2.2 機罩設計策略

機罩設計策略主要從行人頭部碰撞保護的角度考慮，即汽車碰撞到行人時，行人頭部會撞擊機罩，通過機罩的變形緩沖，使行人頭部傷害值降低。故要求機罩或周邊件變形空間較大，同時碰撞時頭部接觸物較軟。

2.2.1 機罩內、外板設計策略

機罩內、外板鋼材厚度不大于0.7 mm，以保證鋼板容易變形，實現頭部接觸物較軟的策略。保證機罩后沿參照線畫在機罩上（即要求Φ165 mm 的球在始終與風擋接觸的條件下滾過機罩后沿時與車身的另一接觸點在機罩上）[1]。機罩內板到機艙內硬點Z 向間距應不小于80 mm（特殊區域需進行分析確認，如大燈區域、通風蓋板區域等），保證頭部碰撞時有足夠的碰撞變形空間，圖3 示出機罩內部空間示意圖。

圖3 機罩內部空間示意圖

在機罩內板局部剛度大的位置開一定數量的弱化孔，這些弱化孔可同時作為機艙隔熱墊插接孔[2]，以保證頭部碰撞物剛度較弱、容易變形，圖4 示出機罩內部弱化策略示意圖。

圖4 機罩內部弱化策略示意圖

2.2.2 機罩鉸鏈設計策略

機罩鉸鏈作為機罩不可缺少的一部分，為了承載機罩的質量和維持機罩的運動，設計時需要剛度和強度較大，但這樣會對行人頭部碰撞不利，其安裝座位置應盡量后移，遠離頭部碰撞區域。

有些車型受機罩尺寸限制，機罩鉸鏈只能布置在頭部碰撞區域，則可以在結構上弱化鉸鏈安裝座剛度，如采用折彎、開孔等方式，使鉸鏈受頭部撞擊時容易變形，從而降低行人的頭部傷害值。鉸鏈與機罩固定時，采用凸焊螺栓，即可以增加鉸鏈與機罩外板的空間，如圖5 所示。

圖5 機罩鉸鏈弱化設計策略圖

2.2.3 機罩鎖的設計策略

機罩鎖位于頭部碰撞區域，為了滿足鎖體的安裝需求，一般設計時會對機罩鎖有一定的剛度需求，但會對人體頭部碰撞不利，故在滿足鎖體安裝需求時，可將機罩鎖安裝板設計為可壓潰結構，弱化其結構剛度，鎖體安裝板與機罩內板通過膠體連接，頭部碰撞到該區域時，綠色鎖體安裝板與機罩內板自動脫落，從而避免鎖體對頭部造成傷害，并考慮到鎖體的安裝結構，建議安裝板的厚度不大于0.8 mm。

在水箱橫梁及前部空間允許的情況下，可考慮多機罩鎖方式，通過左右各1個鎖體取代中間鎖體的方式，降低單機罩鎖周邊安裝剛度，從而達到弱化頭部碰撞物的需要。

2.3 翼子板設計策略

圖6 示出翼子板后端布置示意圖。若機罩側沿參照線畫在翼子板上（圖6 中綠色線為機罩側沿參照線，做法參考《GB/T 24550—2009 汽車對行人的碰撞保護》），建議機罩側參照線拐點X 向不超過機罩后沿，避讓法規要求的碰撞區域，如圖6b 所示。

圖6 翼子板后端布置示意圖

翼子板本身剛度應盡量低，建議鋼板厚度不大于0.7 mm。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的變形空間（至少60 mm）。翼子板的設計策略示意圖，如圖7 所示，翼子板下方有較大的空間，同時翼子板的厚度為0.7 mm，頭部碰撞時容易變形，同時變形空間較大。

圖7 翼子板的設計策略示意圖

2.4 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，故在前期設計時，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罩下面，避免機罩前沿參照線畫在大燈上。圖8 示出前大燈的布置策略圖（綠色線為機罩前沿參照線）。

圖8 汽車前大燈布置策略圖

前大燈后方預留機罩潰縮變形空間，以保證前大燈與機罩之間的間隙盡量大，同時考慮安裝點弱化，即當頭部撞擊到前大燈時，由于安裝點較弱則會斷裂，導致前大燈碰撞下移，從而達到前大燈容易變形的需要，降低了頭部傷害值，如圖9 所示。

圖9 汽車前大燈安裝點弱化示意圖

2.5 其他系統的控制策略

2.5.1 雨刮螺柱控制策略

雨刮螺柱剛度較大，不易變形，同時在頭部碰撞區域之內，故布置時對頭部碰撞的風險較大，一般建議將雨刮螺柱隱藏在機罩下方，同時在雨刮螺柱與機罩之間留有一定的間隙，以保證頭部碰撞到機罩時有一定的變形空間；如果無法隱藏則建議采用壓潰式結構，當頭部碰撞到雨刮螺柱時，雨刮螺柱自動潰縮，達到螺柱變形的需求，從而降低頭部碰撞的傷害值。

2.5.2 通風蓋板的控制策略

通風蓋板建議設計為隱藏式，即發動機罩部分或全部蓋住通風蓋板區域，使發動機罩后面基準線畫在發動機罩后邊緣線上而不是通風蓋板后邊緣線上，這樣能避開雨刮軸、雨刮電機等通風蓋板下方硬點區域，使碰撞區域落在發動機罩上[3]。通過調整通風蓋板及風擋膠條的Z 向高度，確保機罩后沿參照線畫在機罩上，如圖10 所示。參考法規《GB/T 24550—2009 汽車對行人的碰撞保護》，通風蓋板密封膠條的固定形式采用卡扣式或橫式卡槽。

圖10 通風蓋板策略圖

3 結輪

文章分別從車身系統、外飾系統、電氣系統、動力及底盤系統5 個方面對涉及到影響車輛安全性能的系統提出要求，從而指導設計人員進行造型、總布置及詳細設計工作，更好地進行前期規劃控制。文章重點探討整車駕駛室外部布置的安全性前期控制策略，側重于在整車正碰、偏置碰時的乘員安全設計要求，而實際整車安全需要考慮的方面較為廣泛，后期將結合實際工作展開進一步的研究。