基于新舊側碰法規的某電動VAN車耐撞性研究

摘要：根據新側碰法規修訂版適用車型范圍，目前法規范圍外的VAN車也需要對其側碰進行提前應對與研究。針對某款試驗對標VAN車，進行了新舊側碰法規的仿真分析，對B柱、車門的侵入量及侵入速度進行了提取對比，并針對新側碰法規對車身側碰薄弱區域進行了結構優化設計，提升了本VAN車的側面碰撞耐撞性能。

關鍵詞：VAN車；側面碰撞；結構優化；耐撞性

中圖分類號：U467 收稿日期：2024-07-23

1 前言

在汽車碰撞交通事故中，側面碰撞是一種典型的交通事故類型，在汽車開發階段針對性地進行側碰安全研究，是汽車廠商必不可少的一環。

相關國家和地區針對此種工況，建立了完善的側面碰撞法規和標準，全球側碰安全法規主要是歐系和美系兩大類，歐系如ECE R95/R135，美系如FMVSS 214。在我國，針對傳統燃油車的側碰標準是GB 20071—2006《汽車側面碰撞的乘員保護》[1]（簡稱舊側碰法規），采用的是歐系的ECE R95標準。

隨著人們對安全的重視、技術的進步以及市場的需求，法規也需要跟進時代的步伐。2022年上半年，國家標準委員會發布了側碰新法規修訂版草案GB 20071—202X[2]（簡稱新側碰法規），而正式法規文件預計在2026年7月1號發布并同步在新車型上實施，在產車型2028年7月1號實施。這一草案的發布，將測試車輛的范圍擴寬到包括R點高于700 mm的M1、N1類汽車，且取消了質量限制，目前大部分VAN車由于它較高的座椅R點或較重的總質量屬于豁免車型，不需要做側面碰撞法規試驗。新法規發布之后，其中屬于M1、N1類的VAN車也要應對此法規，因此對VAN車的側面碰撞耐撞性研究十分必要。

本文在某款電動VAN車的基礎上，通過舊側碰法規進行仿真與試驗的模型驗證，在模型有效的基礎上，進一步對新舊側碰法規下B柱的侵入速度、侵入量和車門的侵入速度、侵入量以及電池包保護情況進行對比分析，并針對新側碰法規進行了關鍵部件的結構優化與驗證，完成本款VAN車基于新舊側面碰撞的車體耐撞性的相關研究。

2 新舊側碰法規內容對比

新法規GB 20071—202X針對試驗方法和技術要求都進行了升級，相比現行法規GB 20071—2006《汽車側面碰撞的乘員保護》主要變化點如下：

a.適用于M1、N1類汽車，以及多用途貨車，取消了R點離地高度高于700 mm和總質量不大于2 500 kg的豁免，這也是考慮到車輛在經過橫向碰撞后都會存在觸電或燃油泄漏、乘客受傷的風險。

b.假人調整，由原來的ESI或ESII更新為WorldSID 50th或ES2-re，現有法規的假人存在一些設計缺陷，并不能很好地反映人體碰撞響應，而WorldSID 50th假人也是現行C-NCAP側面碰撞主駕假人，CNCAP是中國最權威和標準最嚴格的第三方安全測試機構之一。

c.壁障升級，由原來的950 kg調整為1 400 kg的AEMDB壁障，所使用的AEMDB壁障類型與CNCAP側碰壁障完全相同。

d.碰撞后，非撞擊側車門應處于解鎖狀態，這對撞擊后乘客是否能第一時間受到救援或脫離至關重要。

可以發現，新法規最大的變化為壁障升級，重量提升帶來的撞擊能量提升約43 kJ，提升比例高達47.4%，由此可見，對以前只需要滿足當前國標開發的整車結構要求大大提升。另外一點主要的變化為，新國標對于車輛裝備了自動激活的車門鎖止系統，試驗后非撞擊側車門應處于解鎖狀態，這就要求全系車輛配備側碰傳感器，使車門能在碰撞后瞬間接收到碰撞信號，從而實現解鎖需求。

3 整車有限元模型有效性驗證

本次車型選用某電動VAN車進行仿真分析，使用前處理軟件Hypermesh進行網格建模和模型搭建，使用LS-DYNA求解器進行計算，最后利用HyperView和HyperGraph進行結果后處理，整車側面碰撞模型如圖1所示。

本款VAN車進行了GB 20071—2006側面碰撞實車試驗，建立了同等工況的側碰仿真模型，依據碰撞試驗數據，對仿真模型進行了相關修正和對標。圖2所示為試驗與仿真變形對比，其中碰撞側前門、B柱、側圍整體變形情況基本一致，試驗與仿真中電池包安裝支架均無明顯變形，電池包均未受到擠壓；駕駛室后隔板均向內擠壓變形，有明顯折痕。

同時，對碰撞后的試驗和仿真車輛進行了相關測量，如表1所示，這些測量的位置10個點有7個點的試驗后的測量值和仿真值差值在正負30 mm以內，另外3個測點的數值差異在30～60 mm之間，最大差值為58 mm。整體下來，認為仿真模型能真實地反映車體側碰的力學性能，可以進行下一步仿真研究，因此進一步在此模型基礎上搭建了新側碰法規仿真模型。

4 新舊側碰法規下的對比仿真分析

根據GB 20071—202X側碰法規意見稿，壁障的更新使得撞擊能量大幅提升，對于車體的要求會更加嚴格。以下從B柱侵入量、侵入速度和左側前門的侵入量、侵入速度以及電池包保護情況五個指標來對比分析在新舊側面碰撞法規下車體耐撞性能的表現，圖3為B柱及左前車門測量點位置示意圖，從上到下依次為測點1至測點6。

4.1 B柱侵入量及侵入速度對比分析

對于側面碰撞，B柱是影響碰撞性能最關鍵的部位之一，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乘員的二次傷害，因此，本文對新舊側碰法規下B柱的侵入量和侵入速度進行了對比。

如表2所示，舊側碰法規B柱6個測點的侵入量和侵入速度均較小，最大的侵入量出現在B柱下部，峰值大小為74.4 mm，峰值時刻發生在58 m/s，最大侵入速度5.7 m/s。新側碰法規下B柱最大侵入量發生在同一位置，峰值大小為101.6 mm，在舊法規的基礎上增大了36.5%，最大侵入速度7.0 m/s，增大了22.8%。

4.2 左前門侵入量及侵入速度對比分析

另一個影響乘員生存空間和傷害值的重要車體評價指標就是碰撞側車門的侵入量及侵入速度。本文對車門選取了6個測點進行測量，測點位置如圖4所示，由于本款VAN車座椅R點較高，本文選取的測點并沒有只針對假人傷害值部位，還對車體下端選取部分點進行測量。舊側碰法規下車門最大的侵入量為108.3 mm，峰值時刻發生在57 ms，最大侵入速度5.9 m/s。新側碰法規下車門最大侵入量發生在同一位置，峰值大小為134.9 mm，在舊法規的基礎上增大了24.5%，最大侵入速度8.3 m/s，增大了40.7%，如表3所示。

4.3 電池包保護對比分析

圖4可以明顯看出，本款VAN車電池包在新舊側面碰撞法規下均未受到擠壓，電池包與縱梁安裝支架也無明顯變形，電池包受到有效保護。這也得益于這款VAN車較大的尺寸，電池包安裝支架連接的縱梁端面距離白車身門檻梁內側端面Y向距離有369 mm，使得在側碰過程中，除了車體本身有較強的結構來抵抗撞擊變形之外，其足夠的變形空間，也能有效地防止電池包受到擠壓，保證碰撞過程中的電池包安全，不會發生起火爆炸的危險。

5 基于新法規的關鍵部件優化

基于新側碰法規，本文針對B柱、車門及車身底部三個部位的關鍵部件進行了優化，同時對優化方案進行了結果對比分析。

5.1 B柱改進

VAN車在B柱結構上與乘用車有些不同，其B柱外板為車體前車門門框部分，后側圍外板與其焊接一起，而不是一體式結構，這是因為有的VAN車后側圍左側為封閉式、右側單滑門結構，有的車型會布置為兩側雙滑門結構，這與車型配置和前期定位有關。本款VAN車B柱內部部件的結構、材料、料厚如圖5所示，其中中間部位的B柱內板加強板由三塊獨立的鈑金件組成，與內板焊接，這使得在碰撞過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B柱內板加強板進行了優化，將中間部位的鈑金件延長至與下方加強件焊接為一體，零件材料為DC01料厚1.2 mm，其他不變，改進結構如圖5所示。

5.2 前門改進

從以上的仿真結果可知，前門的侵入速度與侵入量較B柱均較大，這是由于VAN車較大的車身尺寸使得壁障與車門在X向的重疊量較大，車門承受了較多的沖擊。同時由于車身較高，壁障與車門在Z向高度上的重疊量較小，車門中間的防撞梁高于壁障，使其并沒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連接鈑金件，形成“倒A形”環形支撐結構，材料SAPH440，料厚3.0 mm，改進結構如圖6所示。

5.3 其他部位改進

在車身地板下方對應壁障后部撞擊位置的縱梁與門檻梁之間增加了三個加強件，用來保護B柱和門檻的變形，加強短橫梁的材料為DC01，料厚為2.5 mm，兩個支撐連接小件的材料為DC01，料厚為1.5 mm，優化結構如圖7所示。

5.4 優化結果對比

優化后，新側碰法規下B柱及車門的侵入速度、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柱的侵入速度與優化前基本相當，最大侵入速度從7.0 m/s減小到6.7 m/s，減小4%。前車門的最大侵入量從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%，優化前后侵入量和侵入速度對比結果如表5所示。電池包保護也得到進一步提升。

6 結語

a.分析了新舊側碰法規主要變化點。

b.根據某電動VAN實車側碰試驗數據驗證了仿真有限元模型的有效性。

c.新舊側碰法規進行仿真結果對比分析，新側碰法規B柱、車門的侵入量與侵入速度均顯著增大。

d.針對新側碰法規，對B柱、車門及車身底部關鍵部位提出優化方案，有效提高了整車側面碰撞的耐撞性能。研究結論對于開發一款需要滿足新側碰法規的VAN車具有重要意義。

參考文獻：

[1]GB 20071—2006 汽車側面碰撞的乘員保護[S].

[2]GB 20071—202X 汽車側面碰撞的乘員保護[S].