劉果

【摘 ?要】2017年中國(guó)汽車工程研究院與中保研汽車技術(shù)研究院聯(lián)合發(fā)布中國(guó)保險(xiǎn)汽車安全指數(shù)（C-IASI）規(guī)程2017版。C-IASI融合了國(guó)際先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合中國(guó)汽車保險(xiǎn)與車輛安全技術(shù)現(xiàn)狀，是目前國(guó)內(nèi)對(duì)汽車安全技術(shù)要求最嚴(yán)苛的測(cè)試評(píng)價(jià)體系。C-IASI包含耐撞性與維修經(jīng)濟(jì)性、車內(nèi)乘員安全、車外行人安全、車輛輔助安全四項(xiàng)指數(shù)。本文將淺析C-IASI對(duì)汽車設(shè)計(jì)的影響。

【關(guān)鍵詞】C-IASI;耐撞性與維修經(jīng)濟(jì)性;車內(nèi)乘員安全;車外行人安全;車輛輔助安全;汽車設(shè)計(jì)

Abstract：China Automotive Engineering Research Institute released the China Insurance Automotive Safety Index（C-IASI）Program（2017）with China institute of automotive technology in 2017.C-IASI integrates advanced international experience and the current situation of automobile insurance and vehicle safety technology in China，and it’s the most stringent test and evaluation system for automobile safety technology in China.The C-IASI includes four indexes：Damageability and Repairability，Vehicle occupant safety，Pedestrian safety，Vehicle Assistant Safety.This paper will analyze the influence of C-IASI on vehicle design.

Keywords：C-IASI;Damageability and Repairability;Vehicle occupant safety;Pedestrian safety;Vehicle Assistant Safety;Vehicle design

1前言

自1956年新中國(guó)第一輛汽車誕生到2018年全國(guó)汽車保有量超2.3億輛，我國(guó)汽車制造產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷了急速發(fā)展的62年。與之對(duì)應(yīng)的是車輛安全法規(guī)研究相對(duì)滯后，1999年我國(guó)推出實(shí)施了“關(guān)于正面碰撞乘員保護(hù)的設(shè)計(jì)規(guī)則”（CMVDR294）[1];2006年由國(guó)內(nèi)檢測(cè)機(jī)構(gòu)參考國(guó)際汽車行業(yè)的碰撞安全法規(guī)推出了非強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)—C-NCAP碰撞評(píng)價(jià)體系，至此國(guó)內(nèi)各大主機(jī)廠開(kāi)始加大汽車安全性的投資力度。2017年由中國(guó)汽車工程研究院與中保研汽車技術(shù)研究院聯(lián)合發(fā)布了中國(guó)保險(xiǎn)汽車安全指數(shù)（簡(jiǎn)稱C-IASI）2017版，C-IASI充分融合了國(guó)際先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合中國(guó)汽車安全技術(shù)現(xiàn)狀，是目前國(guó)內(nèi)對(duì)汽車各項(xiàng)安全技術(shù)要求最嚴(yán)苛的測(cè)試評(píng)價(jià)體系。更嚴(yán)格的法規(guī)意味著更高標(biāo)準(zhǔn)要求，必然對(duì)現(xiàn)有汽車安全設(shè)計(jì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

2 耐撞性與維修經(jīng)濟(jì)性指數(shù)

耐撞性與維修經(jīng)濟(jì)性指數(shù)引用RCAR低速結(jié)構(gòu)碰撞測(cè)試規(guī)程2.2版和RCAR保險(xiǎn)杠測(cè)試規(guī)程2.0版中的條款，開(kāi)展車輛低速結(jié)構(gòu)測(cè)試以及車輛保險(xiǎn)杠測(cè)試。車輛低速結(jié)構(gòu)測(cè)試分為車輛低速結(jié)構(gòu)正面碰撞試驗(yàn)和車輛低速結(jié)構(gòu)追尾碰撞試驗(yàn)。車輛保險(xiǎn)杠測(cè)試分為靜態(tài)測(cè)量碰撞測(cè)量（車輛100%重疊撞擊壁障）目前作為監(jiān)測(cè)項(xiàng)執(zhí)行。

2.1車輛低速結(jié)構(gòu)測(cè)試

在低速結(jié)構(gòu)測(cè)試中，正面碰撞車輛用15km/h速度以車輛40%寬度處撞擊10°剛性壁障（見(jiàn)圖1上），在追尾碰撞中質(zhì)量為1400±5kg的移動(dòng)壁障以10°撞擊車輛尾部40%寬度處[2]（見(jiàn)圖1下）

2.2 耐撞性與維修經(jīng)濟(jì)性指數(shù)對(duì)汽車設(shè)計(jì)的影響

在耐撞性評(píng)價(jià)中主要考察碰撞后車輛閉合件間隙，以及底盤結(jié)構(gòu)變形（見(jiàn)圖2）。在車輛維修經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)中，車輛維修經(jīng)濟(jì)性性能評(píng)價(jià)公式：維修費(fèi)用/廠商指導(dǎo)價(jià)[2]。

維修費(fèi)用越低則得分越高，因此讓車輛保險(xiǎn)杠、防撞梁及吸能盒在低速碰撞中起到充分的吸能作用，使縱梁以及車身部分不被損壞，是最合理的設(shè)計(jì)思路，在總體布置及造型階段需要把握以下原則[3];

①安全氣囊在所有的低速實(shí)驗(yàn)中都不起爆;

②設(shè)計(jì)螺栓連接的可充分吸收碰撞能量的吸能盒結(jié)構(gòu);

③水箱框架設(shè)計(jì)成活裝結(jié)構(gòu)，方便拆換;

④后備箱門以及尾燈設(shè)計(jì)合理的高度，避免碰撞中損壞;

⑤合理設(shè)計(jì)前分縫線，以免低速碰撞中損壞發(fā)動(dòng)機(jī)罩蓋;

⑥保險(xiǎn)杠與翼子板避免剛性連接，合理設(shè)計(jì)二者分縫線;

在車身設(shè)計(jì)時(shí)要增加前、后防撞橫梁的有效寬度及有效高度，增加接觸面積使其有效寬度大于車聲寬度的85%;防撞梁有效高度與壁障的重疊率應(yīng)大于75%，盡量使前、后防撞梁中心線高度與壁障保持一致，在碰撞時(shí)能充分保護(hù)后端零件及覆蓋件，使碰撞能量均勻分散至防撞梁，避免外覆蓋件受力變形。

防撞梁前、后部設(shè)計(jì)足夠長(zhǎng)度及大截面的吸能盒結(jié)構(gòu)，并合理匹配吸能盒與縱梁前后部的剛度，在低速碰撞時(shí)能充分吸收碰撞能量，保證縱梁前后端不發(fā)生塑性變形。在前后碰撞區(qū)范圍的高價(jià)值零部件計(jì)足夠的空間，如水箱前預(yù)留空間要大，避免將喇叭等零件設(shè)計(jì)在水箱之前，防止碰撞能量由臨近部件傳遞至水箱導(dǎo)致水箱損壞。后部排氣管道（針對(duì)燃油車）設(shè)計(jì)隱藏在防撞梁后面，以免碰撞損壞。

3 車內(nèi)乘員安全指數(shù)

車內(nèi)乘員安全指數(shù)包括正面25%偏置碰撞試驗(yàn)規(guī)程、側(cè)面碰撞試驗(yàn)規(guī)程、車頂強(qiáng)度試驗(yàn)規(guī)程、座椅/頭枕靜態(tài)試驗(yàn)規(guī)程、座椅/頭枕動(dòng)態(tài)試驗(yàn)規(guī)程、前排假人及座椅調(diào)節(jié)規(guī)程、后排外側(cè)假人及座椅調(diào)節(jié)規(guī)程。本節(jié)將從正面25%偏置碰撞試驗(yàn)來(lái)淺析車內(nèi)乘員安全指數(shù)對(duì)汽車設(shè)計(jì)的影響。

3.1 正面25%偏置碰撞試驗(yàn)

正面25%偏置碰撞試驗(yàn)中車輛以64.4km/h±1km/h 的速度、25%±1%的重疊率（駕駛員側(cè)）正面撞擊固定剛性壁障（見(jiàn)圖3）。試驗(yàn)車輛駕駛員位置放置一個(gè)Hybrid III 50%假人，用于測(cè)量碰撞過(guò)程中駕駛員的損傷情況[4]。正面25%偏置碰是目前世界上最嚴(yán)苛的碰撞工況之一，其目的是重現(xiàn)和評(píng)估車輛前角撞到另一輛車、樹(shù)木以及電線桿之類的物體時(shí)，車身機(jī)構(gòu)減速吸能性能以及對(duì)車內(nèi)乘員的保護(hù)情況。

3.2正面25%偏置碰撞試驗(yàn)對(duì)汽車設(shè)計(jì)的影響

在正面25%偏置碰實(shí)驗(yàn)中，碰撞侵入量測(cè)量值評(píng)估中，所有測(cè)量點(diǎn)被分為乘員艙下部和乘員艙上部?jī)蓚€(gè)區(qū)域，對(duì)乘員艙下部和乘員艙上部分別進(jìn)行評(píng)級(jí)。

正面25%偏置碰撞實(shí)驗(yàn)中乘員的傷害主要來(lái)自車身結(jié)構(gòu)侵入的傷害，法規(guī)主要通過(guò)加速度值和各侵入量來(lái)衡量整車安全性（見(jiàn)圖4），因此在車輛設(shè)計(jì)中應(yīng)遵循以下原則：

①前端框架縱梁結(jié)構(gòu)與壁障重疊盡量大，使其能有效降低車輛的速度;

② 前部懸架和驅(qū)動(dòng)部件無(wú)嚴(yán)重的失效，例如控制臂、轉(zhuǎn)向節(jié)、驅(qū)動(dòng)軸、轉(zhuǎn)向機(jī)和車輪;

③ 輪胎不能侵入“鉸鏈柱”，A柱和門檻不潰縮變形;

④ A柱和門檻的不能產(chǎn)生較大變形，防止防火墻、轉(zhuǎn)向管柱方向盤侵入乘員艙;

對(duì)于正面25%偏置碰撞其耐撞性能設(shè)計(jì)主要著重能量的傳遞與吸收，偏置碰中碰撞力的主要傳遞路徑是沿著與ODB重合的保險(xiǎn)杠、吸能盒和前縱梁往后面的車架傳遞[5]，在車輛與ODB只有25%重疊率的工況下車輛前端吸能結(jié)構(gòu)不能有效降低車速，導(dǎo)致碰撞能量傳遞至后方乘員艙，對(duì)車內(nèi)乘員造成較大傷害。因此必須構(gòu)建更加完善的能量傳遞路徑，加強(qiáng)吸能結(jié)構(gòu)。比如設(shè)計(jì)時(shí)增加前防撞橫梁的寬度，在防撞橫梁的外側(cè)增加斜面支撐，使之與縱梁形成三角結(jié)構(gòu)，或在防撞橫梁的外側(cè)增加“碰撞塊”，使結(jié)構(gòu)在縱向與壁障串聯(lián)。

在小偏置碰撞過(guò)程中一部分能量會(huì)由輪胎向后傳遞至鉸鏈柱，如果沒(méi)有設(shè)計(jì)好能量傳遞路徑和方向就會(huì)導(dǎo)致輪胎侵入鉸鏈柱進(jìn)而壓縮車內(nèi)乘員生存空間，為此可在鉸鏈柱設(shè)計(jì)能量轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)。

4 車外行人安全指數(shù)

車外行人安全指數(shù)包含包含頭型沖擊試驗(yàn)、柔性腿/上腿型沖擊保險(xiǎn)杠試驗(yàn)、上腿型沖擊WAD775mm試驗(yàn)

其中頭型試驗(yàn)包含兒童頭型試驗(yàn)和成人頭型實(shí)驗(yàn)，WAD1000mm到WAD2100mm和左右發(fā)動(dòng)機(jī)罩側(cè)面基準(zhǔn)線所圍起來(lái)的區(qū)域?yàn)轭^型試驗(yàn)區(qū)域;保險(xiǎn)杠試驗(yàn)區(qū)域（腿型試驗(yàn)區(qū)）由保險(xiǎn)杠上部基準(zhǔn)線、保險(xiǎn)杠下部基準(zhǔn)線和保險(xiǎn)杠角組成[6]。

C-IASI目前將上腿型沖擊WAD775mm試驗(yàn)作為監(jiān)測(cè)項(xiàng)，本節(jié)將從頭型實(shí)驗(yàn)和柔性腿沖擊保險(xiǎn)杠試驗(yàn)分析其對(duì)汽車設(shè)計(jì)的影響。

4.1 頭型實(shí)驗(yàn)

頭型試驗(yàn)采用兒童/成人頭型以11.1m/s±0.2 m/s的速度沖擊車輛發(fā)動(dòng)機(jī)罩等車輛前部結(jié)構(gòu)，測(cè)量頭部傷害指標(biāo)，評(píng)價(jià)指標(biāo)為HIC15。由于作為廣泛評(píng)價(jià)頭部損傷指標(biāo)的HIC值，在計(jì)算時(shí)只考慮加速度和作用時(shí)間因此在頭型試驗(yàn)區(qū)域設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循以下原則;

①頭型實(shí)驗(yàn)區(qū)域內(nèi)的兩側(cè)翼子板剛度不宜過(guò)大;

②發(fā)動(dòng)機(jī)罩蓋試驗(yàn)區(qū)域下面要有足夠變形吸能空間，發(fā)動(dòng)機(jī)罩蓋剛度要適中;

③前圍上部剛度不宜過(guò)大;

④雨刮總成安裝結(jié)構(gòu)強(qiáng)度適中;

車輛兩側(cè)翼子板上部頭型試驗(yàn)區(qū)域部分應(yīng)設(shè)計(jì)足夠的變形空間且剛度不宜過(guò)大，以減小試驗(yàn)時(shí)頭型加速度。發(fā)動(dòng)機(jī)罩蓋剛度設(shè)計(jì)不能過(guò)大，可采用雙層結(jié)構(gòu)，在夾層之間合理運(yùn)用減震膠，在頭部碰撞發(fā)動(dòng)機(jī)罩蓋過(guò)程中機(jī)罩機(jī)構(gòu)對(duì)頭部加速度的影響通過(guò)應(yīng)力波傳遞[7]，減震膠的合理運(yùn)用可以有效減小加速度波形的幅值。同時(shí)罩蓋下面要設(shè)計(jì)足夠空間，如因發(fā)動(dòng)機(jī)布置及總體設(shè)計(jì)所限，可使用主動(dòng)式發(fā)動(dòng)機(jī)罩，在碰撞過(guò)程中主動(dòng)抬高發(fā)罩，以減小對(duì)行人頭部的傷害。

同時(shí)針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)不同的布置方式可采取對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)罩蓋筋板進(jìn)行非對(duì)稱設(shè)計(jì)[8]，在下端吸能空間適宜且較為固定的區(qū)域采用長(zhǎng)肋板形狀的內(nèi)罩板結(jié)構(gòu)（如發(fā)動(dòng)機(jī)上端較為平整面積較大區(qū)域）;在吸能空間充裕的區(qū)域采用內(nèi)罩板結(jié)構(gòu)空缺的結(jié)構(gòu)形式（如發(fā)動(dòng)機(jī)周圍區(qū)域）;在吸能空間不充足的區(qū)域采用筋板交叉結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。罩蓋筋板的非對(duì)稱設(shè)計(jì)可以有效減小頭型撞擊時(shí)的HIC值。

4.2 柔性腿型實(shí)驗(yàn)

柔性腿型實(shí)驗(yàn)中，采用FLEX-PLI 柔性腿型以11.1m/s±0.2 m/s 速度沖擊車輛前保險(xiǎn)杠，測(cè)量腿部傷害指標(biāo)。在第一接觸時(shí)刻，柔性腿型的底端距地面基準(zhǔn)平面高度為75 mm±10 mm[9]（見(jiàn)圖5）。

柔性腿型主要考察脛骨彎矩的得分取T1、T2、T3、T4 中最差的得分。韌帶伸長(zhǎng)量的得分：當(dāng)ACL/PCL（前/后交叉韌帶伸長(zhǎng)量）小于限值，得分根據(jù)MCL（內(nèi)側(cè)副韌帶伸長(zhǎng)量）的限值進(jìn)行評(píng)分，高低性能值見(jiàn)表1。在針對(duì)柔性腿型設(shè)計(jì)時(shí)要注意以下要點(diǎn);

①在柔性腿型測(cè)試區(qū)域相關(guān)組件硬度降低;

②保險(xiǎn)杠與前防撞橫梁之間要預(yù)留足夠空間;

③在腿型脛骨碰撞接觸區(qū)域的蒙皮格柵后面要有均勻吸能承載件;

④在膝蓋韌帶碰撞接觸區(qū)域的蒙皮格柵的外表面要連貫無(wú)突變;

碰撞中影響行人腿型的車輛前端裝置包括：前保險(xiǎn)杠、前大燈、前橫梁及吸能裝置、下支撐、發(fā)動(dòng)機(jī)罩等。對(duì)小腿傷害影響最大的是前橫梁吸能裝置和下支撐，吸能裝置位于防撞橫梁前端，主要作用是吸收腿型撞擊的能量同時(shí)會(huì)影響腿型姿態(tài)，下支撐位于橫梁下段，安裝在水箱下橫梁前段，其作用是影響腿型運(yùn)動(dòng)姿態(tài)[10]。

膝部韌帶伸長(zhǎng)量與膝部上部與下部相對(duì)運(yùn)動(dòng)有關(guān)，在設(shè)計(jì)車輛前部結(jié)構(gòu)時(shí)在車輛碰撞點(diǎn)中間格柵位置應(yīng)適當(dāng)降低吸能承載件剛度，增加膝關(guān)節(jié)下部侵入量來(lái)減小膝部韌帶拉伸量。在車輛兩側(cè)前大燈測(cè)試區(qū)域，應(yīng)降低大燈安裝點(diǎn)剛度，使膝關(guān)節(jié)上部有一定侵入量以改善膝部韌帶拉伸量。

車輛前端與脛骨接觸位置結(jié)構(gòu)剛度對(duì)筋骨彎矩值影響較大，設(shè)計(jì)時(shí)要采用低密度前保險(xiǎn)杠泡沫或低硬度塑料吸能件，避免因剛度過(guò)大導(dǎo)致彎矩超標(biāo)[11]。

5 車輛輔助安全指數(shù)對(duì)汽車設(shè)計(jì)的影響

自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)為車輛輔助安全指數(shù)的一個(gè)試驗(yàn)工況，試驗(yàn)規(guī)程引用IIHS 中“Autonomous Emergency Braking Test Protocol.Version 1”（2013 版）編制。試驗(yàn)工況分為FCW 功能測(cè)試和AEB 功能測(cè)試，F(xiàn)CW 功能測(cè)試包含72km/h±1.6km/h 的速度對(duì)靜止目標(biāo)車、低速目標(biāo)車和減速目標(biāo)車的測(cè)試工況;AEB 功能測(cè)試包含20km/h±1km/h 和40km/h±1km/h 對(duì)靜止目標(biāo)車的測(cè)試工況，采集目標(biāo)車車速、主車車速、兩車橫向距離、兩車縱向距離、橫擺角速度、FCW 報(bào)警時(shí)刻等數(shù)據(jù)[12]。

自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)（AEB）技術(shù)能有效預(yù)防因?yàn)檐囕v最追尾而造成的交通事故，是車輛主動(dòng)安全領(lǐng)域的熱點(diǎn)技術(shù)。AEB系統(tǒng)利用傳感器感知車輛環(huán)境信息，結(jié)合本車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，判斷危險(xiǎn)程度。當(dāng)車輛存在碰撞風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，AEB可以及時(shí)給予駕駛員提醒。緊急情況下AEB能主動(dòng)控制車輛速度，避免碰撞或減輕碰撞的程度，從而減少事故的發(fā)生和損失。因此在車輛設(shè)計(jì)之初應(yīng)該考慮配備AEB，以提高車輛主動(dòng)安全性能。

6 總結(jié)

本文通過(guò)分析C-IASI的耐撞性與維修經(jīng)濟(jì)性、車內(nèi)乘員安全、車外行人安全、車輛輔助安全四項(xiàng)指數(shù)實(shí)驗(yàn)規(guī)程及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，反向闡述了車輛設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)時(shí)應(yīng)對(duì)方案，C-IASI作為目前國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)要求最高的安全法規(guī)，對(duì)推動(dòng)我國(guó)汽車安全技術(shù)升級(jí)有及重要的意義。更嚴(yán)苛的法規(guī)要求對(duì)應(yīng)更先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法和更高的安全設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，將直接影響汽車安全各方面的設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)：（Reference）

[1]朱西產(chǎn).（2001）.實(shí)車碰撞試驗(yàn)法規(guī)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì).汽車技術(shù)（4）.

[2]中國(guó)保險(xiǎn)汽車安全指數(shù)規(guī)程，第1部分：耐撞性與維修經(jīng)濟(jì)性指數(shù)（2017版）

[3]Rcar Design Guide[R].Version 1.1 Rcar，August 2008

[4]中國(guó)保險(xiǎn)汽車安全指數(shù)規(guī)程，第2部分：車內(nèi)乘員安全指數(shù) 正面25%偏置碰撞試驗(yàn)規(guī)程（2017版）

[5]黃政平.（2011）.汽車正面偏置碰撞安全性研究.（Doctoral dissertation，湖南大學(xué)）.

[6]彭坤.（2019）.基于中日歐新車評(píng)價(jià)規(guī)程的行人保護(hù)試驗(yàn)差異對(duì)比.中國(guó)汽車工程研究院

[7]張軼川，朱西產(chǎn)，& 苗強(qiáng).（2010）.發(fā)動(dòng)機(jī)罩減震膠的行人保護(hù)作用分析.汽車工程（4），293-298.

[8]李景濤，劉衛(wèi)國(guó)，張金換，& 趙福全.（2013）.有利于行人保護(hù)的非對(duì)稱式發(fā)動(dòng)機(jī)罩蓋的設(shè)計(jì).汽車安全與節(jié)能學(xué)報(bào)，4（2），142-151.

[9]中國(guó)保險(xiǎn)汽車安全指數(shù)規(guī)程，第3部分：車外行人安全指數(shù) 行人保護(hù)試驗(yàn)規(guī)程（2017版）

[10]呂鋮瑋，楊海燕，呂曉江，周大永，& 劉衛(wèi)國(guó).（2013）.行人保護(hù)柔性腿型碰撞的車輛前端結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì).汽車安全與節(jié)能學(xué)報(bào)（3），266-272.

[11]劉衛(wèi)國(guó)，呂曉江，谷先廣，盧冬梅，周大永，& 孫立志.（2015）.基于euro-ncap評(píng)價(jià)規(guī)程行人柔性腿型碰撞試驗(yàn).汽車安全與節(jié)能學(xué)報(bào)，6（2），128-133.

[12]中國(guó)保險(xiǎn)汽車安全指數(shù)規(guī)程，第4部分：車輛輔助安全指數(shù) 自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)試驗(yàn)規(guī)程（2017版