某車型FMVSS214與E-NCAP側(cè)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(shù)中心；河北省汽車工程技術(shù)研究中心）

在汽車發(fā)生側(cè)面柱碰撞時(shí)，主要的承載力由上門檻、下門檻、車門及B 柱等結(jié)構(gòu)承擔(dān)，由于車內(nèi)乘員距離車門內(nèi)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(nèi)乘員造成巨大傷害。因此側(cè)面柱碰撞一直是各國新車評(píng)價(jià)規(guī)程的重點(diǎn)考察項(xiàng)目，也是各主機(jī)廠對(duì)車身碰撞安全性的主要研究內(nèi)容及研究難點(diǎn)。為研究FMVSS 214 與E-NCAP 側(cè)面柱2 種試驗(yàn)工況使用同一點(diǎn)火策略的可行性，文章對(duì)比了其工況差異，對(duì)車體響應(yīng)和車內(nèi)乘員傷害情況進(jìn)行了分析，在車體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及約束系統(tǒng)匹配等方面提出優(yōu)化改進(jìn)建議。

1 某車型FMVSS 214與E-NCAP側(cè)面柱試驗(yàn)對(duì)比

1.1 碰撞工況對(duì)比

某車型FMVSS 214 與E-NCAP 側(cè)面柱碰撞示意圖，如圖1 所示[1]。從圖1 可以看出，F(xiàn)MVSS 214 側(cè)面柱碰撞接觸位置較E-NCAP 側(cè)面柱更靠前，距離B 柱位置更遠(yuǎn)，對(duì)側(cè)面車體結(jié)構(gòu)要求也更高。

1.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)比

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

1.3 車體響應(yīng)

1.3.1 B 柱加速度曲線對(duì)比

為研究2 種試驗(yàn)工況使用同一點(diǎn)火策略的可行性，進(jìn)行了某款B 級(jí)車FMVSS 214 側(cè)面柱碰撞試驗(yàn)，試驗(yàn)車ABM標(biāo)定工況包含E-NCAP 側(cè)面柱試驗(yàn)工況，不包括FMVSS 214 側(cè)面柱試驗(yàn)工況?；? 種碰撞形式下假人傷害情況更具有對(duì)比性，本次FMVSS 214 側(cè)面柱試驗(yàn)采用ES-2re 假人[3]。

通過2 次試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析對(duì)比可知：碰撞前期FMVSS 214 試驗(yàn)車右B 柱Y 向加速度曲線與E-NCAP試驗(yàn)基本一致，如圖2 所示，說明碰撞前期2 種碰撞形式車體運(yùn)動(dòng)響應(yīng)一致；2 次試驗(yàn)過程中，側(cè)氣簾和側(cè)氣囊均在18 ms 時(shí)展開，滿足使用同一點(diǎn)火策略的條件。

1.3.2 車身侵入量對(duì)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(diǎn)，對(duì)比2 次試驗(yàn)車體變形情況，如表1 所示?？梢钥闯鯢MVSS 214側(cè)面柱試驗(yàn)車車身最大侵入量大于E-NCAP，但B 柱位置侵入量，E-NCAP 試驗(yàn)車大于FMVSS 214，可以說明FMVSS 214 側(cè)面柱試驗(yàn)中，B 柱承載力作用低于E-NCAP。結(jié)合車體變形情況，E-NCAP 試驗(yàn)侵入方向?yàn)榇怪庇谄嚳v向中心線方向，垂直向車內(nèi)侵入，最大侵入量位置在碰撞基準(zhǔn)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(nèi)侵入，最大侵入量在碰撞基準(zhǔn)線之后。

表1 FMVSS 214 與E-NCAP 側(cè)面柱變形量對(duì)比表mm

1.3.3 車身侵入速度

由于FMVSS 214 側(cè)面柱碰撞位置距離B 柱更遠(yuǎn)，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，F(xiàn)MVSS 214 側(cè)面柱中左B 柱Y 向承載力低于E-NCAP，所以FMVSS 214 側(cè)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(jì)算車體侵入速度，2 種碰撞形式的車身侵入速度對(duì)比，如圖4 所示，E-NCAP 側(cè)面柱侵入速度最大為7 m/s，F(xiàn)MVSS 214 側(cè)面柱侵入速度最大為6 m/s，F(xiàn)MVSS 214側(cè)面柱侵入速度低于E-NCAP 側(cè)面柱。

1.4 假人傷害情況對(duì)比

對(duì)某款B 級(jí)車進(jìn)行E-NCAP 與FMVSS 214 側(cè)面柱假人傷害情況對(duì)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(duì)比，從圖5 中可以看出，E-NCAP 試驗(yàn)上中下肋骨壓縮變形量大于FMVSS 214 試驗(yàn)，其中0～30 ms 肋骨壓縮變形量變化快慢，是2 次試驗(yàn)肋骨壓縮變形量差異的主要原因。

依據(jù)側(cè)碰假人肋骨構(gòu)造（如圖6 所示），假人肋骨受到的力（F/N）的計(jì)算式，如式（1）所示，當(dāng)假人未產(chǎn)生側(cè)向位移時(shí)，假人肋骨受到的力，如式（2）所示。

式中：k——彈性系數(shù)；

x——壓縮距離，mm；

m——假人質(zhì)量，kg；

a——加速度，g。

由式（1）和式（2）可得：x=ma/k。2 次試驗(yàn)為同一假人，m 和k 均相同，當(dāng)假人未產(chǎn)生側(cè)向位移時(shí)，x 與a 成正比例關(guān)系。所以假人未產(chǎn)生側(cè)向位移（0～30 ms），E-NCAP 試驗(yàn)上中下肋骨壓縮變形量大于FMVSS 214試驗(yàn)，是由于E-NCAP 上中下肋骨加速度大于FMVSS 214 所致。2 種試驗(yàn)的肋骨加速度對(duì)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(duì)比，如圖8 和圖9 所示。從圖8 和圖9 中可以看出，F(xiàn)MVSS 214 側(cè)面柱恥骨力及腹部合力均遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于E-NCAP。結(jié)合試驗(yàn)后油彩印記，如圖10 所示，E-NCAP 中側(cè)氣囊可以很好地覆蓋到車內(nèi)乘員胸部、腹部及骨盆等保護(hù)部位；而FMVSS 214 中，由于碰撞位置靠前，侵入方向?yàn)樾毕蚝蠓剑詡?cè)氣囊不能完全覆蓋到車內(nèi)乘員的骨盆，使車內(nèi)乘員骨盆與車門內(nèi)飾直接接觸，導(dǎo)致傷害值大大增高；由于乘員腹部對(duì)應(yīng)車門扶手位置，40 ms 后側(cè)氣囊被擊穿，腹部合力迅速變大。

1.5 約束系統(tǒng)匹配適用性

由圖2 可知，2 次試驗(yàn)前期，非碰撞側(cè)車體加速度一致；試驗(yàn)后，2 次試驗(yàn)點(diǎn)火時(shí)刻相同（18 ms 處），所以2 種碰撞試驗(yàn)可以使用同一種點(diǎn)火策略。

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

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

2 結(jié)論

1）碰撞初期（0～30 ms），F(xiàn)MVSS 214 與E-NCAP 側(cè)面柱非碰撞側(cè)加速度曲線一致；試驗(yàn)后，2 次試驗(yàn)點(diǎn)火時(shí)刻相同，故約束系統(tǒng)匹配時(shí)，可以使用同一種點(diǎn)火策略，不必重新進(jìn)行ABM標(biāo)定工作。

2）FMVSS 214 側(cè)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(nèi)乘員腹部及骨盆受到的侵入力作用更大，作用時(shí)間更長，所以FMVSS 214 側(cè)面柱要求側(cè)氣囊覆蓋面積更大，保壓時(shí)間更長，對(duì)約束系統(tǒng)要求更高。建議使用帶主動(dòng)泄氣孔的產(chǎn)品，便于均衡2 種碰撞形式下的車內(nèi)乘員傷害。

3）FMVSS 214 側(cè)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(cè)面柱中要求車門、上門檻及下門檻承受的力大于E-NCAP，對(duì)汽車側(cè)面車體結(jié)構(gòu)要求更嚴(yán)格。假人腹部對(duì)應(yīng)車門扶手位置，所以建議增加車門橫梁以加強(qiáng)車門結(jié)構(gòu)，減小FMVSS 214 側(cè)面柱試驗(yàn)的侵入量；并對(duì)門內(nèi)扶手造型進(jìn)行一定優(yōu)化，采用類似上下凸出，中部凹平型結(jié)構(gòu)，達(dá)到降低車內(nèi)乘員腹部及骨盆傷害的目的[4]。