用最少的碰撞试验量满足开发目标是安全开发最大的挑战。不同的碰撞障碍、不同的碰撞速度、不同的乘员种类可以组合出数千种碰撞工况,整车碰撞试验只能挑选最常见和伤害最严重的工况进行。其余必须考察的工况有几种验证途径:一是虚拟验证,即用数字模型进行虚拟碰撞试验;二是类比和类推,就是借助工程经验和数据库推知其他工况的性能表现;最后使用总成试验代替整车试验,如气囊系统的台车试验、前端总成的碰撞试验。
碰撞试验计划首先要确定需要进行哪些障碍类别的试验。实际碰撞事故的障碍类别很多,实验室及法规中只能用有限的几种模式反映最典型的事故,一般常见的正面碰撞障碍类别包括以下几种。
(1)正面刚性壁碰撞(FRB)(波峰较高,持续较短);
(2)30°斜角刚性壁碰撞;
(3)40%偏置吸能壁碰撞(ODB)(波峰较低,持续较长);
(4)对中柱撞(CP)与偏置柱撞(OP);
(5)上骑与下钻碰撞(波形的起始阶段得到衰减,翻转跳动消耗的动能减弱了整体波形的强度);
(6)车对车正碰;
(7)车对车斜撞;
(8)软桶碰撞(波形缓慢持久);
(9)断桩碰撞(波形起始段强度较高,随后急剧下降和减弱);
(10)发动机底部或副车架刮碰(不与保险杠和上部车体结构发生碰撞,如果障碍物牢固会产生极强且短暂的波形);
(11)其他,如偏置柱撞,护栏、雪堆、泥堆等软障碍物。
法规或者NCAP试验只规定前三项试验形式,其可称为法规强制类。车厂为了自己的产品更适应于实际事故模式,还会进行后面及其他比较典型的试验,但是限于资源,只能根据自己的理解,在强制类试验基础上扩展进行有限种类的辅助检验,可将其称为“关注类”试验。
实车碰撞试验的主要目的如下:
(1)测试碰撞后车体是否保持完整。观察试验后车室有没有过度的内侵变形;给乘员是否留有足够的生存空间;乘员是否有可能从开口处被抛出车外;试验后车门是否还能顺利打开,以便于营救人员能顺利将乘员移出损毁车辆。
(2)测试各种碰撞的车体动力学响应特征,其中最主要的就是碰撞波形,其是匹配安全的乘员约束系统的基础。
(3)测试乘员伤害值。
根据三阶段样车试制的状态特点,每阶段的碰撞试验目的有不同的侧重点。
第Ⅰ阶段样车状态:虽然是手工样件,但是材料、几何外形与设计是完全一致的;焊点的个数、位置、焊点质量要满足最基本要求;约束系统里有安全带,但是不一定有安全气囊。虽然这一阶段有部分替代总成,金属结构件的成型工艺也与最终生产状态有所不同,但是碰撞波形测试是基本准确的,完全可以用来评价车体动态响应质量、暴露载荷路径规划缺陷、暴露结构件集合设计缺陷,也可以用于安全气囊的点火标定。第Ⅰ阶段碰撞试验结束以后,应当可以回答以下问题:结构设计是否需要更改?约束系统的点火边界速度在哪里?
第Ⅱ阶段样车状态:已经根据第一轮碰撞试验暴露的车体问题(包括动态响应和车体完整性两方面)完成了第二轮结构设计,没有更改的部分结构件已经有工装样件;安装了根据第一轮动态响应参数设计的安全气囊。试验中,为了观察约束系统与车体碰撞响应之间的最佳耦合效果,可以用定时器在碰撞开始后的最佳时刻引爆安全气囊,而不是用气囊起爆传感器对车体的撞击进行感应后引爆气囊,目的是避免因气囊控制器的传感误差使约束系统与车体碰撞之间的耦合发生错位。Ⅱ阶段结束后,样车应当有稳定的车体动态响应、良好的车身完整性,固化结构设计方案(包括材料与工艺方案)。试验结束后应当可以回答以下问题:结构设计是否需要更改?约束系统匹配效果如何?需要进行哪方面调整?不同动力总成配置对碰撞响应有什么影响?
第Ⅲ阶段样车状态:绝大部分结构件为工装样件(OTS件),约束系统根据第Ⅱ轮试验完成了更改设计。试验时使用真实气囊传感器对碰撞能量进行判断,然后引爆气囊。对法规规定的项目进行全面检验,碰撞性能全面达标。对最佳气囊起爆时刻进行修正。
后续试验:如果三阶段试验结束后仍然存在问题,那么只能通过后续试验加以补救。在这个阶段,模具的设计已经冻结,大型覆盖件,较长的梁类、壳类结构件,非金属成型件都不可能进行大幅改动,否则会涉及较大的费用和周期变更。能采用的补救措施有:局部加强、增加焊点、更改约束系统点火时刻。有些措施会带来成本和重量的代价,因此这个阶段的修改只能在各种得失中进行权衡。
制订试验计划也叫生成试验矩阵,就是为了达到上述各阶段的试验目的而对碰撞次数、碰撞条件、测试内容进行规划。如果只有法规里规定的单一工况,那么碰撞试验就很简单了。但是,在法规规定条件下能发挥作用的约束系统,在其他碰撞条件下不一定能发挥同样的保护作用,甚至反过来会对乘员起到伤害作用。让约束系统根据不同的碰撞条件以不同的方式保护乘员,这是必须进行矩阵化验证的主要原因。很多碰撞试验条件都是为了探索气囊起爆条件而设置的。
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