整车开发流程第七章第七节第三小节-整车被动安全集成以及验证

“ 整车被动安全的集成和验证比较直接了当，零部件或者整车的碰撞虚拟仿真之后在进行整车的实车碰撞，本文指出了实车碰撞虽然很贵但需要在各个阶段进行测试，最终工厂量产状态也需要进行一轮来验证工装夹具之后的车辆被动安全状态。”

7.7.3 系统集成以及验证

7.7.3.1 碰撞虚拟仿真

由于所有碰撞试验都包括对相应车辆或部件的破坏，因此通过实际碰撞试验来测试被动安全性是极其昂贵的。早期样车的成本很容易超过一百万欧元。这就是为什么在所有的整车性能中，被动安全性的仿真是最详尽的。仿真结果实际上是如此精确，以至于在车辆开发项目计划的框架内，硬件测试只是用来验证结果，一般很少产生实质性的不同结果。以宝马X5的欧洲NCAP正面碰撞为例，图7.70比较了虚拟和实际碰撞试验的结果。

虚拟汽车碰撞研究得出的主要结果是：

• 车辆几何变形过程，其中剩余的乘员空间（例如通过支柱坍塌）和导致潜在伤害（例如转向柱侵入驾驶室）的部件变形引起关注

• 通过虚拟碰撞假人检测到的乘客减速数据

• 安全带、安全气囊或安全带预紧器等被动安全功能的有效性

图7.71显示了四个碰撞模拟示例。在左上图中，对前排乘客的安全功能性能进行了评估。右上角的图片演示了使用虚拟人体模型评估侧面碰撞中的损伤。在最下面一排，展示了两个整车碰撞模拟示例：左侧宝马7系的早期概念模拟，以及从X5汽车车中提取乘员及其环境以提高碰撞相关事件形象性虚拟。

虽然模拟可以在一定程度上替代实际的崩溃测试，但现在的碰撞算法仍然有一定的限制，使得实车测试成为必要。无法充分模拟的车辆特性包括：

• 非塑料材料的特性（如玻璃、纤维增强塑料）

• 几何公差

• 燃油系统的燃油密封性

• 车门堵塞

7.7.3.2 碰撞测试

为了确认仿真结果与实际车辆行为相似，需要在每个样车试制阶段进行碰撞测试。如果真实的测试揭示了与模拟不同的情况，则需要额外的开发循环，从而导致时间计划的延迟和额外的成本。为了能够在这种情况下尽快做出反应，通常样车试制的前面的一辆车用于碰撞测试。

在研发验证结束时，还需要通过对量产前的汽车进行碰撞试验，证明符合强制性和非强制性要求，这些汽车不仅验证了工厂生产以及工艺同时验证了最终出售给客户的产品状态。

碰撞测试假人 

显然为了满足顾客要求的安全碰撞测试中不可能用真人进行测试，关于标准碰撞试验造成的伤害水平的客观数据是通过碰撞试验假人获得的，具有真实几何形状和重量分布的拟人试验装置（ATD），装有传感器，记录碰撞过程中身体不同部位的力、加速度或变形。图7.72显示了Hybrid III假人的传感器。

根据每种碰撞类型的普遍伤害，安装了不同测量设备的不同假人用于正面碰撞、侧面碰撞或翻车。为了产生可比较的结果，碰撞假人是标准化的，碰撞试验的每个规范都包括所需类型的碰撞假人。如今，流行的假人类型有：

• 前碰的hybrid III

• 侧碰的侧碰假人SID

• 后碰的生物假人BioRID

由于伤害因乘员尺寸和质量的不同而变化很大，碰撞假人必须代表可能乘员的整个带宽。因此，《联邦法规》第49篇第572部分规定了一整套Hybrid III假人（见表7.9和图7.73）。

Hybrid III的未来继承者是THOR高级碰撞试验假人，与以前的碰撞试验假人技术相比，它具有许多功能优势[40]：

• 协助优化“智能”乘员约束系统，包括设置安全气囊展开阈值和设计集成的高级安全带/安全袋约束系统

• 改进安全带/安全气囊相互作用的评估

• 通过新的颈部和脊柱设计改进头部运动学

• 改进颈部损伤评估，包括离位损伤评估

• 由于增加了脊柱柔韧性，使脊柱运动学更加逼真

• 评估坐姿对约束性能的影响的设施

• 安全气囊、安全带的检测，轮缘与腹部的相互作用

• 髋关节损伤评估设施

• 足部运动和踝/足/胫骨损伤可能性的详细评估

• 局部面部损伤评估设施

其他类型的假人（不属于任何强制性试验的一部分，但用于研究以了解各自的损伤过程）包括儿童约束安全气囊交互作用（CRABI）家族，代表6个月、12个月和18个月的婴儿，或代表孕妇的假人。

NVH 虽然潜在物理效应是相似的由振动产生，但根据人类的感知不同主要分两大块，可听见的振动（噪声）和不可听见的振动（振动），所以开发当中也是区别对待。

测试流程

在证明车辆符合法律要求时，碰撞试验必须严格遵循规定的程序。这些规范可包括以下方面的详细要求：

• 障碍物（如几何结构、材料、结构、安装等）

• 试验设置（如车辆和障碍物的相对运动、碰撞位置、碰撞时的速度等）

• 试验车辆准备（如载荷和载荷分布、座椅、扶手、手制动器、齿轮、液体填充等的设置/位置）

• 身体侵入碰撞前后的测量

• 假人规格和准备，例如假人类型、服装/鞋类、定位等

• 测量装置的准备和使用

• 测试摄影（例如高速摄像机的数量、类型和位置）

• 受伤参数和总评分的计算

作为试验准备的一部分，必须对碰撞试验假人的仪器进行校准和检查，以确保其功能正常。接下来，将目标标记附加到头部的侧面，以便以后进行分析。放置在测试车中后，分配并检查数据通道（Hybrid III系列最多44个）。在手、膝盖和头部涂上不同颜色的标记漆，以便日后识别车内的各个接触点。

对于实际碰撞，试验是通过在汽车撞上障碍物之前松开的牵引索，以规定速度将汽车拉向障碍物。碰撞阶段的总持续时间仅为约100至150 ms。图7.74显示了四种不同类型的碰撞测试：针对偏移变形壁障的正面碰撞测试中的宝马3系、侧面碰撞测试中的宝马X5、侧面柱测试中的迷你库珀S和侧翻测试中的宝马3系。

结果的记录分两个层次进行：胶片和数据记录。多达20台高速摄像机从不同角度拍摄车祸现场，每台摄像机每秒拍摄1000帧左右，为汽车及其乘员的变形和运动过程创造一幅详细的画面。同时，假人内的仪器记录受伤数据，并将其存储在假人胸部或车辆后备箱中的临时存储库中，在碰撞后从中下载。每个假人通常记录30000到35000个数据项。此外，固定在车身上的几个三轴加速度计也会传输加速度数据。

本节完