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专家对话(二) :2024版C-NCAP规程下的被动安全开发之车内乘员保护性能开

时间:2023-05-09

2024版C-NCAP将在2024年7月份正式实施,日前,2023汽车测评国际峰会上披露了未来2024版的C-NCAP测评方案。2024版C-NCAP共包含4个碰撞工况,这四个碰撞工况主要评价的内容包括两部分:整车结构耐撞性相关及车内乘员保护性能相关。

整车结构耐撞性相关评价涵盖壁障兼容性、前围地板失效情况、踏板跳动等内容,在昨天,我们已经就整车结构耐撞性开发的几个优化方向做了探讨,今天来聊一聊车内乘员保护性能相关的一些问题。

车内乘员保护性能包括车内乘员(成人及儿童)伤害、膝部伤害、远端假人伤害、儿童静态评价等项目。这些项目的评价结果以分值的形式得出,C-NCAP依此进行星级安全评价。

  • 前碰工况需重点开发主驾假人保护

试验统计新版THOR假人胸部失分较多,对比THOR假人身体比HIII假人更柔软,碰撞过程中THOR假人前倾更多,会造成更大的胸压伤害。同时分析THOR假人与HIII假人胸部传感器差异较大,HIII假人的上中下三根肋骨,而THOR假人左右上下胸部四个部位传感器(如下图所示),针对于HIII假人传统的约束系统单参数优化方案对于THOR假人适用性有限,对于胸部伤害敏感程度更高的THOR假人,需要寻求多方约束系统零部件的最优参数平衡点。另一个方面乘员运动受车身加速度直接影响,对于加速度过高的车型而言,驾驶员胸部伤害很难做到平衡匹配,因此需要对结构指标做出严格控制。

 

图 THOR假人胸部传感器位置

THOR假人开发需要考虑合理匹配安全气囊和安全带预紧的点火时间,MPDB点火时间一般早于ODB工况;针对THOR假人胸部失问题,需详细分析左右上下四个位置伤害失分比例,分析不同部位的胸压敏感因素,合理匹配安全气囊刚度和安全带限力。高配置的安全带产品应用,是提升乘员保护效果的一个有效手段,安全带产品新增双预紧安全带和紧急锁止功能可以在碰撞初期较好的约束假人,消除安全带间隙,减小THOR假人的前移,对胸部、膝部、小腿都有比较好的优化效果。同样要注意安全带双预紧时刻的匹配,寻找到胸压、小腿伤害的最优的平衡点。

2024版C-NCAP正碰工况碰撞能量的提升引起车体加速度增加,导致HIII主驾假人的胸部得分降低。前围入侵的增大影响脚部安全空间,小腿得分也普遍降低。下图为两个不同的加速度波形下,驾驶员胸部的伤害变化。经对比分析,正面碰撞工况下,若约束系统参数不变,总体得分降低约2分。

 

  • 侧柱工况开发难点解析

对2021版C-NCAP成绩统计后发现,侧柱工况驾驶员骨盆得分率接近100%,头部、腹部平均得分率90%左右,而胸部平均得分1.62分较低(满分4分),得分率不足50%。由于柱碰与车体碰撞接触面积小导致局部入侵过大,车门及B柱整体入侵速度和入侵量较大,乘员生存空间不理想。对于柱碰的乘员保护,主要风险在于肩部力超标>3KN和胸压伤害的平衡,应同时降低肩部伤害与胸部伤害。

柱碰胸部的肋骨压缩变形量是侧柱碰的重点失分项。柱碰整体入侵变形远大于侧碰,对于乘员假人生存空间受到严重侵入,因此柱碰胸压伤害更大。碰撞前假人手臂位于胸部与气囊之间,一种情况碰撞过程中手臂未抬起直接挤压肋骨,造成肋骨变形量急剧上升,另一种情况假人手臂虽然抬起,整体入侵偏大气囊击穿造成内饰与胸压接触导致。开发初期根据车重、乘员的初始侧面空间等条件,制定合理的整车结构入侵边界,内饰与车门内板之间应有足够的吸能空间,饰板区域在设计时要避免布置卡扣、金属结构等硬点,防止刚性过大,同时要为侧气囊留有但一定的初始展开空间。柱碰乘员保护开发的重点关注肩部与胸部伤害平衡保护,合理的侧气囊选型、优化气囊覆盖区及包型和展开过程、气囊折叠方式、座椅撕裂线、发泡槽和侧气囊导向部件等的设计,以达到理想的手臂运动姿态来避免手臂直接挤压胸肋骨降低胸部受压变形量,但是若气囊覆盖区域过低,也容易造成内饰直接挤压肩部造成肩部力超标罚分。同时也需要进行气囊刚度匹配,避免刚度过高挤压或过低造成击穿触底。

侧柱碰撞一般需要设计SAB实现抬手臂效果,以降低假人胸压。下图是某车型开发过程中,对SAB抬手臂的优化过程。首先需要结合假人的乘坐姿态,合理设计SAB包型,通过CAE分析确定包型优化状态。为了保证优化效果,需要在整车实验前,完成narrowgap测试以及滑车验证,以确保SAB的保护效果。

 

图 侧柱工况SAB优化过程

2024版C-NCAP开始在侧柱工况中评价远端保护性能。因此,开发过程中需要就远端保护要求进行针对性的开发。主要通过对远端气囊的合理设计来实现假人的保护。远端气囊包括单腔气囊、双腔气囊、多腔气囊,不同的车型情况,需要匹配不同腔类型的气囊。如下图所示。

 

远端保护开发需要同时考虑中通道扶手的刚度及结构布置问题。中通道扶手如果过强,则会导致假人伤害过大,如果过软,则无法配合远端气囊实现乘员头部运动区域的要求。

  • Q3儿童乘员动态保护开发

对2021版C-NCAP成绩统计,3岁儿童假人得分率71.5%,相对10岁儿童得分率97.1%更低。年龄小的Q3儿童伤害更严重,Q3儿童的头部,颈部,胸部均有一定程度失分。儿童不是等比例缩小版的成人,儿童身材尺寸,头部、身体、骨盆下肢比例与成人有着较大差异,需要深入分析儿童动态响应特点、损伤机理研究。Q3儿童假人伤害和整车碰撞能量、儿童约束系统产品、车内空间布置等都有较强的相关性。面对众多儿童约束系统产品,需要考虑如何在现有条件下去选型与之匹配,更好的发挥儿童座椅吸收部分整车碰撞能量的作用,进一步降低儿童假人伤害。下图为Q3儿童约束系统选型示意图,根据车型情况可以选择正向安装的儿童座椅,也可以选择反向安装的儿童座椅。

 

针对Q3儿童保护主要从三个方向设计,首先整车碰撞能量的优化设计,儿童伤害与整车碰撞能量正相关,降低碰撞乘员载荷准则OLC,可明显降低儿童各部位伤害。其次是结合整车后排空间、加速度脉冲的形式选择合适的儿童座椅,包括安装方向与类型,比如选择头部吸能性能较好的儿童座椅;通常半通用式安全座椅可以承担一部分能量卸载,避免儿童座椅吸能较少将能量传递给儿童或者发生较为严重的二次碰撞导致头部超标。再者是对于整车其他参数的设计优化,包括后排安全带延伸率、安全带固定点、座椅支撑性能等要进一步分析设计。儿童保护动态性能一方面受整车碰撞能量直接影响,另一方面受儿童座椅本身性能的制约,因此提升儿童保护动态安全,需要两方面共同提升。

2024版C-NCAP在柱碰工况碰撞侧后排,设置了Q3儿童的评价。下图为某项目柱碰工况Q3儿童分析示意图,针对正向儿童座椅、反向儿童座椅开展CAE分析。通过分析结果总结Q3儿童容易失分的地方在头部及颈部,失分原因是儿童座椅侧面包裹保护性能不佳,因此在儿童座椅选取中,应该选择侧面包裹性能优越的产品。

 

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C-NCAP的实施极大促进了整车被动安全的提升,也推动了整个被动行业的高质量发展。面对C-NCAP升级改版,被动安全研发工作者也应该有思维模式的升级,变“被动”为“主动”,了解评价规程背景与初衷,熟悉实际道路的交通安全,聚焦整车全域安全性能的实现。实现整车被动安全性能提升,主机厂需要主导做好产品初期的整体架构和规划,严守安全底线,提升安全性能,把控零部件与整车集成产品质量一致性、稳定性、同时具备一定前瞻布局规划,提前技术储备,主动出击,被动安全!