車輛修復在碰撞試驗中的作用及意義

王立民 黃志剛 肖丕林

1.中國汽車技術研究中心有限公司 天津市 300300 2.天津眾檢機動車鑒定評估有限公司 天津市 300171

1 引言

盡管計算機虛擬仿真技術使用越來越廣泛，實車碰撞試驗在被動安全領域仍有著不可替代的作用。在車輛開發階段，需要按標準進行大量實車碰撞試驗收集假人傷害值、視頻照片、氣囊標定相關參數等大量數據，并與仿真結果進行對比。實車碰撞試驗是判定一輛汽車被動安全性能最有效的方式，能最直觀地展示車輛出現碰撞事故后可能出現的結果，向研發人員提供最準確的在相應工況下的試驗數據包括車輛損傷情況，車身結構變形情況，高壓電安全和假人傷害情況。同時，實車碰撞試驗數據是最重要的仿真參數來源之一，準確的試驗數據能幫助優化仿真模型，給出更準確的仿真結果。目前來看，各國各地區的被動安全準入法規和評價體系均是以實車碰撞試驗結果為準。

實車試驗最大的弊端在于成本過高。與其他車輛開發試驗不同，碰撞試驗特別是高速碰撞試驗會造成車輛不可逆的結構變形及損傷。在研發階段，車企要按照標準完成正面、側面等大量碰撞試驗。因此，車企進行實車碰撞試驗除了要付出試驗費用外還要承擔大量樣車制造帶來的成本。在當下汽車產業競爭越來越激烈，單車利潤不斷下挫的狀況下，過高的研發成本無疑會給車企帶來巨大的經營壓力。通過科學合理的方法對車輛進行評估，結合有針對性的必要修復，利用試驗后車身相對完好的部位完成二次試驗，既保證了試驗數據的準確性，又能節省樣車，降低車企的試驗成本。目前來看，大眾、福特、馬自達等廠家在研發試驗階段都有碰撞樣車重復使用的經驗。總結車輛修復和試驗安排的經驗方法，對于推廣碰撞樣車重復利用，幫助車企降低成本具有重要意義。

2 碰撞試驗中的維修工作概述

用途和目的不同使得應用于碰撞試驗中的車輛修復和傳統意義上的汽車維修有很大不同。一般來講，4s 店和汽修店對車輛的維修是利用各種技術排查故障原因，并采取措施使車輛恢復外觀上、功能上的完好狀況。常規車輛維修是以實現正常駕駛等基本功能為主要目的。而在被動安全研發測試領域，駕駛功能則并不是必須的，試驗車輛通常由牽引系統拖拽來達到預設速度。對于大多數經歷過一次試驗準備二次試驗的車輛，并不需要達到完好無損的車輛狀況。例如，某一試驗樣車做完高速正碰后計劃使用該車再執行一次側面碰撞。此時，雖然前機蓋、翼子板、前保險杠、前縱梁等部件均出現嚴重塑性變形，但由于側碰撞擊位置主要集中于車門附近，前機艙部件狀態對側碰試驗結果幾乎毫無影響，故而不需要對上述劇烈變形的部件進行更換或維修。因此，二次碰撞試驗前的修復相比于傳統車輛修復更為簡便，維修成本大幅降低。如圖1 所示，按2018 版CNCAP 正碰標準以50km/h 高速撞擊固定壁障后，前機艙嚴重變形，但紅框中的乘員艙和后備箱等結構保存完好。

圖1 2018 版CNCAP 正碰試驗后的車輛狀況

應用于碰撞試驗中的車輛修復是以滿足下一次碰撞試驗的要求為前提，在盡量降低成本的情況下進行的車輛清理維修工作。根據一次試驗的損傷情況和二次試驗的特性要求制定維修方案才是碰撞試驗中維修工作的重中之重。

3 碰撞試驗中的維修工作具體應用

通過長期以來大量的相關工作經驗，本文總結了一些應用于碰撞試驗中的車輛維修的經驗方法。以試驗樣車在一次高速正碰后準備二次側面碰撞試驗為例，修復過程通常分為清理、支架安裝、配重、車輛姿態調節、低壓電路維修等方面。

在高速正碰后的修復階段要拆除嚴重變形的前機蓋、翼子板、前保險杠。清理各種撞損的塑料件碎片，如前圍、儲油/液罐、車燈、冷卻風扇等。在剩余的車身框架，如翼子板承載支架或縱梁前端上焊接或用螺栓固定支架。支架上用于搭載數據采集設備或配重塊等。碰撞試驗前，試驗車輛都會有整備質量和目標試驗質量等參數。由于前機艙拆除了大量損壞部件，前軸質量變小，一般需要對前軸進行配重。支架安裝高度不宜過高，避免過多影響車輛重心的高度。

目前絕大多數乘用車都采用承載式車身結構，車身是由各部件焊接在一起的完整剛性體。汽車中的彈性元件主要集中在懸架部分。在碰撞檢測領域，定義車輛姿態的參數主要是門檻高度。門檻高度在側面碰撞，特別是采用移動吸能壁障（MDB）的側面碰撞中是非常重要的試驗參數之一。由于臺車上蜂窩鋁的離地高度是標準規定的固定值，在某種MDB 工況下，門檻高度不同，臺車撞擊位置出現不同，假人傷害值也會出現差異。嚴重的門檻過高會導致車輛重心偏高，在MDB 碰撞中出現側翻的風險。

對于一輛完好的汽車，車輛承載質量不同，門檻高度不同，承載質量越大，門檻高度越低。車輛前懸分布在前輪附近，位于前機艙，高速正碰試驗時，懸架受到沖擊，可能會產生一定變形。這時，即便通過配重使得車輛總重和前后軸荷都符合設計要求，各門檻高度與新車在同樣承載質量下的門檻高度也可能存在差異。這時需要通過調節門檻高度對車身姿態進行校準。二次試驗的要求在于盡可能的還原新車的試驗狀態，如果門檻高度沒有設計值，可以在試驗前把新車配重到目標試驗質量，實際測量門檻高度并記錄，用于指導后續側碰試驗。

對于低壓電源布置在前機艙的車輛來說，前機艙容納了各類線束和12V 鉛酸蓄電池、保險盒、大燈、起動機等電源電器。高速正碰試驗可能會造成這些零部件嚴重受損。試驗后需要針對下個試驗需求對部分線路進行修復。如恢復12V 電源供電功能，保障車輛正常低壓上電、儀表板點亮顯示狀態、為ECU 工作供電、為安全帶氣囊點爆供電、車輛車門落鎖等等。

經過上述步驟修復操作的試驗后車輛基本可以用于準備后續試驗。

4 新能源車輛高壓系統維修工作

面對能源和環境等方面的重重壓力，新能源汽車產業得到各國政府的廣泛支持。各個車企推出越來越多的新能源車型，使得在車輛檢測試驗領域和研發試驗領域新能源車輛的占比越來越高。

根據GB/T31498-2021《電動汽車碰撞后安全要求》，車輛高壓電安全是碰撞試驗中重要的考察項目。在試驗前需要使車輛負載端接入高壓電，處于上Ready 的工作狀態。因此，對于準備二次試驗的新能源車輛，除了常規修復步驟外，還需要對車輛進行高壓系統修復，使車輛能夠上Ready。高速碰撞試驗難免損壞各類高壓部件。試驗后的新能源車輛本就存在漏電、起火的風險，屬于試驗室中的高等危險源。新能源車輛高壓系統維修成為碰撞試驗中車輛修復的難點。

進行高壓系統維修前，需要對碰撞后車輛的電安全進行測量和判定。首先對負載端電壓進行測量，觀察試驗后車輛自動斷電功能是否啟動，負載端線路是否還攜帶高壓電。之后，對車輛進行物理防護方面的檢測，包括使用GB/T4208 定義的關節測試指（IPXXB）進行直接接觸檢測，和低電阻計進行間接接觸檢測，判斷外露可導電部分與電平臺之間是否處于等電勢。確定車輛安全后，可以對車輛進行拆解維修等工作。

車輛拆解后，首先對高壓系統線束及高壓相關模塊進行檢查，對碰撞中出現的高壓線束等破損處進行絕緣修復，高壓系統模塊的損壞，如為不修復的狀態，則進行相應替換。當然一般的高壓模塊進行匹配后可實現一件多車用，同樣減少試驗成本。

在高壓系統維修中，模塊的正常供電及通訊是修復的重中之重，在高壓系統的控制邏輯中，模塊之間的通訊是車輛的“神經系統”，“神經系統”的修復貫穿整個修復過程，如通訊出現問題，根據通訊線束損壞的不同形態，會出現單個或多個模塊之間通訊“癱瘓”，在修復中可參照通訊拓撲圖進行系統性檢查修復。

高壓系統的存在再加上智能網聯技術的普及使得現代車輛的電子化程度越來越高，車輛內部通信線路和電子架構越來越復雜，車輛維修的難度也日益增加。隨著技術的進步，電子診斷技術在新能源車輛維修中的應用越來越廣泛。在無需拆解或診斷系統通訊修復完成后，能夠對車輛內部電子系統進行全域快速診斷和故障精準識別，通過存儲故障碼和直觀的參考數據為維修人員提供指導，幫助他們判斷故障類型和位置，更加準確和高效地制定維修方案并處理汽車故障，大大提高維修效率。

5 精細試驗安排

得益于世界范圍內各國政府和消費者對車輛安全性的重視程度日益提高，汽車碰撞安全領域標準的發展日新月異。越來越多的國家和地區推出了適用于自身狀況的法規或NCAP（新車評價規程）標準。車企在研發階段通常不止參考一種碰撞標準。一套碰撞試驗往往包含高速、低速等多種類型的試驗。所以，精細合理的試驗安排配合車輛修復能最大限度地提高試驗樣車使用價值。

安排試驗矩陣時首先要遵循的準則是頭部試驗要保證后部試驗驗證結構的完整性。現代汽車在設計、選材、制造等領域越來越多的融入了提升被動安全性的考量，多采用“籠氏設計”。前機艙和后備箱作為“沖擊潰縮區”，在遭受碰撞時，通過穩定的非線性大變形吸收動能。而乘員艙不僅在結構設計上被重點加強，從選材上更是使用高強鋼或超高強鋼制作A 柱，B 柱、門檻等相關部件，目的在于形成牢固的框架結構，為車內乘員提供完整的生存空間。因此，乘員艙屬于車身上不易變形的“高強保護區”。在正面碰撞后，試驗樣車除前機艙受損嚴重外，乘員艙和后備箱通常能夠保存完整，能夠用于執行二次試驗。如果在正面碰撞中，A 柱、門框等部件出現嚴重彎曲變形，則不適用于進行二次側面碰撞，可考慮用于執行后碰試驗。

綜上所述，正面碰撞對乘員艙損傷較小，而在側面碰撞中，乘員艙直接承受可移動壁障或剛性柱的撞擊。B 柱、門檻和車門出現大范圍彎曲變形，乘員艙結構嚴重受損。因此，正面碰撞后可以安排側面碰撞試驗，側面碰撞試驗后不能安排正面碰撞試驗，可酌情安排后碰試驗。

碰撞試驗車輛上難免會安裝大量數據采集設備，包括車載傳感器信號采集設備、高速視頻采集設備等。如果后續試驗有后碰的安排，則執行前期試驗時使用的設備不能用螺栓安裝在后備箱地板。因為后碰試驗主要考察的結構是后備箱及油箱，在后備箱底板上打孔會破環該位置結構，對試驗造成不良影響。可以在后保險杠上焊接支架用于固定設備，等到準備后碰試驗時，更換新的后保即可。

通過大量試驗經驗發現，速度低于15km/h 的碰撞試驗，如前后RCAR 試驗、氣囊標定全寬正碰試驗等，試驗后車輛損傷主要集中在前后保險杠和前后塑料圍板。通過更換這些損壞變形的部件可以復原車輛至完好的狀態。所以在高速試驗前可以安排低速試驗。對試驗車輛利用最充分的試驗安排可以是（按先后次序執行）：前RCAR、后RCAR、高速正碰、左側面碰撞、右側面碰撞、高速追尾試驗。

6 結論

通過合理的車輛修復和科學的試驗安排能實現碰撞樣車的重復利用，有效節省車企研發成本。隨著新能源車型的增多和普及，新能源車輛的維修在車輛維修中的占比越來越高。高壓系統的存在和電子架構的日益復雜使得新能源車輛的維修難度遠高于傳統車輛。通訊拓撲圖和電子診斷技術的使用能有效提高高壓系統維修的效率。