基于2021版C-NCAP和IIHS側面碰撞工況車輛結構性能研究

崔東　王龍亮　方銳　胡帛濤　苗澍

摘 要：本文對2021版C-NCAP和IIHS側面碰撞工況進行了詳細的對比，并采用有限元分析方法對某款SUV車型的側面碰撞結構性能進行詳細分析。結果表明，IIHS側面碰撞工況對車身結構耐撞性的要求要明顯高于C-NCAP工況，相對應的B柱、前后車門的侵入量和侵入速度都有不同幅度的增加。

關鍵詞：C-NCAP IIHS 側碰工況 車輛結構性能

1 引言

為了減少側面碰撞給乘員帶來的損傷，不同的國家根據各自國情制定了側面碰撞標準，其中最具有代表性的是中國新車評價規程（C-NCAP）2021版側面碰撞和美國公路安全保險協會（IIHS）的Side Impact Crashworthiness Evaluation 2.0。這兩種標準都是采用移動壁障撞擊試驗車輛的方法進行驗證，但是移動壁障的尺寸、質量、剛度、碰撞速度以及乘員傷害指標都不相同，為了研究不同側面碰撞工況下車輛的結構性能，有必要對這兩種標準進行對比分析。

2 C-NCAP和IIHS側碰工況解析

在2021版C-NCAP和最新的IIHS中，側面可移動壁障碰撞工況設定如下圖1所示。

對于兩種碰撞工況分別從碰撞速度、碰撞位置、壁障質量、假人進行對比分析，具體參數如表1所示[1][2]。

由上表可以看出，C-NCAP側面碰撞工況相對IIHS側面碰撞差異較大，C-NCAP側面碰撞速度、壁障質量相對較小，對應的初始能量少了將近1倍。碰撞位置也不相同，C-NCAP側面碰撞相對比較固定，IIHS側面碰撞根據車型軸距不同，碰撞位置有所不同。碰撞所采用的假人也不相同，C-NCAP側面碰撞前排采用WS50th假人，后排采用SID-IIs（D版）假人，副駕駛采用ESII假人，IIHS側面碰撞前排和后排均采用SID-IIs（D版）假人。

3 車輛結構對不同側面碰撞工況的性能分析

為研究同一車型在不同側碰工況中的性能響應，本文選取了具有市場代表性的SUV車型，分別建立了C-NCAP和IIHS可移動壁障側碰模型。為了準確研究車輛結構性能的響應，本文分別從B柱、前后車門的侵入量和侵入速度，進行分析[3]。

3.1 B柱侵入量和侵入速度對比分析

在整車結構中，B柱是連接下車體和頂棚的重要部件，對車輛側面碰撞的耐撞性有直接影響，是重要吸能件，對乘員保護起到關鍵作用，B柱的侵入量決定了乘員的生存空間，侵入速度主要影響乘員的二次碰撞[4]。

為了準確分析B柱對假人的傷害，本文在B柱建立了5個位移傳感器和5個速度傳感器（B柱頂部、上部、中部、下部、底部），對應于假人的頭部、頸部、胸部、腹部、腿部5個位置，分析B柱的侵入量和侵入速度對假人可能造成的傷害。

對比結果顯示，C-NCAP和IIHS側面碰撞工況下，B柱由中間向兩端侵入有不同幅度增加，但是IIHS對應B柱的侵入量更大，最大值為191mm，而C-NCAP最大侵入量為129mm，增幅均值為50%，在B柱底部侵入增幅更大，由9mm增加到68mm，B柱底部發生彎折，對假人腿部傷害較大。

在侵入速度對比中，C-NCAP和IIHS側面碰撞中B柱中間區域速度較大，兩端相對較低，同時IIHS側面碰撞中B柱侵入速度整體比C-NCAP側面碰撞高，最大值分別為9.5m/s和6.5m/s，都對應于假人的腿部區域。

3.2 車門侵入量和侵入速度對比分析

在側面碰撞中，車門的侵入量直接影響前后排乘員的生成空間，如何最大限度減小車門的侵入量和侵入速度是側面碰撞工況的開發重點[5]。

為了測量車門的侵入量和侵入速度，同樣在前后車門的上部、中部以及下部建立了3個位移傳感器和3個速度傳感器。

兩種碰撞工況下前車門侵入量曲線變化平穩、無突增突減，且整體變化趨勢相同。但IIHS側面碰撞工況整體侵入量更大，最大值為201.5mm，增幅達到31%。

后車門侵入量曲線變化平穩、無突增突減。但IIHS側面碰撞工況最大侵入量在后車門的下部，為198mm，而C-NCAP工況發生在后車門的上部，最大值為65mm，這與后車門的結構強度有很大關系，C-NCAP工況下車門未發生壓潰，而IIHS工況下后車門整體壓潰。

兩種碰撞工況下前車門侵入速度曲線整體變化趨勢相同。但IIHS側面碰撞工況最大侵入速度為9.46m/s，而C-NCAP工況最大值為7.07m/s，增幅達到28%。

通過分析，IIHS側面碰撞工況下各種傷害指標比C-NCAP工況下偏高，這與IIHS工況的壁障初始能量相關，畢竟兩種工況的初始能量相差一倍，這兩種工況的設置也與各自的國情有關，美國消費者比較青睞大排量、整備質量較重的皮卡車型，而中國消費者更加偏愛小排量、整備質量較小的經濟車型。若基于C-NCAP開發的車型出口美國，該車型的車身結構需要加強優化。

4 結語

通過對IIHS和2021版C-NCAP側面碰撞工況的比較及兩工況下車身結構響應的分析可知：

（1）IIHS側面碰撞工況壁障碰撞速度、壁障質量相對C-NCAP側面壁障較大，初始能量比后者高出將近1倍。

（2）IIHS側面碰撞工況對車身結構耐撞性的要求要明顯高于C-NCAP工況，同款車型IIHS碰撞側面結構變形明顯差于C-NCAP工況。

（3）相同車型下，IIHS側面碰撞工況對應B柱、前后車門的侵入量和侵入速度都有不同幅度的增加。

參考文獻：

[1]中國汽車技術研究中心.中國新車評價規范（C—CNCAP）2021版[EB/OL].http：//www.c-ncap.org.

[2]Insurance Institute for Highway Safety.Side impact 2.0 crash test protocol Version 1[EB/OL].https：//www.iihs.org.

[3]李娜，黃維茹，王旗.某車型基于C-IASI和2018版C-NCAP側面碰撞工況的對比分析[J].內燃機與配件，2021（07）：56-58.

[4]胡遠志，鄒緣良，劉西，等.基于不同新車評價規程的側面碰撞仿真分析[J].重慶理工大學學報：自然科學版，2017，31（04）：1-9.

[5]彭宇玲，郭獻洲.基于汽車側面碰撞安全性B柱結構優化設計[J].機械設計與制造，2020，No.350（04）：157-162.