侧面碰撞保护

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车身结构安全评价被动安全工程设计

侧面碰撞保护

读懂侧碰传力路径、星级评价与B柱设计权衡

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车身结构安全评价被动安全工程设计

侧面碰撞保护

读懂侧碰传力路径、星级评价与B柱设计权衡

1第 1 页 · 侧面碰撞保护

侧面碰撞的特点

正面碰撞时发动机舱能像手风琴一样慢慢塌缩吸能;侧面碰撞时,前排乘客和车门之间往往只有一脚的距离。

缓冲空间极小
车门到乘员之间通常只有 200~300mm,正面发动机舱动辄一米以上
侵入直接针对乘员
车门向内塌陷几乎直接顶到乘员的胸/腹部,没有发动机舱那样的隔离带
时间窗口极短
侧面碰撞脉冲常在 60~80ms 内结束,正面常有 100~150ms 的缓冲过程
约束系统介入更难
侧气囊/气帘需在极短时间内完成点爆并托住乘员,可介入的接触面也更少
地铁早高峰对应 →侧面碰撞

前后还能挤对应车头有发动机舱可缓冲;侧面贴死车壁对应二十厘米的车门

2第 2 页 · 侧面碰撞的特点

侧面碰撞过程分析

从传感器触发到气囊展开再到乘员卸载,侧面碰撞的每个阶段都发生在毫秒级时间内。

1
接触启动
两车发生侧向接触,加速度传感器识别到异常信号
2
侵入推进
侧围结构变形,车门与B柱向乘员舱方向侵入,缓冲空间极小
3
气囊点爆
侧气囊与气帘在毫秒级时间内完全展开,在乘员与车门间建立缓冲层
4
乘员加载
骨盆首先承受车门侵入力,胸部随后被侧气囊接住
5
峰值与回弹
侵入达到峰值后结构回弹,远端乘员存在被甩向另一侧的二次撞击风险
3第 3 页 · 侧面碰撞过程分析

乘员伤害机制

上一节看到侧面碰撞过程极短——不足 100 ms 即完成吸能。乘员几乎来不及反应。棘手的是:侧面没有发动机舱那样的长跑道,门板薄、座椅紧贴车门,撞击力沿最短路径直击躯干各部位。

骨盆/髋部撞击伤
车门下缘侵入顶撞股骨大转子,常致髋臼骨折、股骨颈或粗隆骨折
胸部挤压伤
B柱与车门中部横向侵入胸腔,造成多发肋骨骨折、肺与心脏挫伤
头部撞击伤
头部摆向B柱、窗框或侵入车门,是侧撞致死的主要机制之一
腹部脏器伤
车门侵入挤压上腹,脾、肝、肾等实质器官破裂出血,隐蔽且致命
远端挥鞭伤
躯干横向加速而头部滞后产生相对位移,颈椎与对侧结构二次撞击
贴墙站立被猛推对应 →侧撞——缓冲几乎为零

门板薄、座椅紧贴车门,力沿最短路径直达身体各部位,没有缓冲空间

4第 4 页 · 乘员伤害机制

侧面碰撞防护的层级

车身结构-侧气帘-座椅侧气囊的协同防护

侧面碰撞防护的层级
车身结构-侧气帘-座椅侧气囊的协同防护
5第 5 页 · 侧面碰撞防护的层级

B柱与车门的作用

前面讲了防护的几个层级,但层级要落到具体结构上才能成立。这一页聚焦两个最关键的结构件——B柱和车门:它们各自该硬还是该软?怎么配合才既把冲击降下来、又不会让乘员舱塌掉?

B柱:侧撞的「承重墙」
车身侧面最关键的承力构件,决定乘员舱能否保住生存空间
车门:侧撞的「缓冲层」
外板+内板+中间吸能材料,分阶段吸收冲击动能
分工逻辑:先软后硬
车门先耗散大部分能量,B柱挡住残余力防止舱体塌陷
刚度匹配:梯度过渡
外板→防撞梁→B柱,刚度逐级上升,避免力在中途突变
设计边界:两边都不能极端
车门太硬→伤害直接给乘员;B柱太软→舱体坍塌
防撞桶+桥墩对应 →车门+B柱

防撞桶(塑料/泡沫)先撞碎吸能,桥墩(钢筋混凝土)扛住残余力

6第 6 页 · B柱与车门的作用

侧碰传力路径

从左到右读侧碰力的传递:先撞车门外板,经多层结构,最终汇入车身骨架消散。

图解渲染中…
a4门内横向高强梁,是车门到车身的传力主梁a5连接车顶与门槛的立柱,侧碰关键件a6车身底部纵梁,吸收侧碰下方冲击a9整车承载骨架,最终吸能与分散主体
7第 7 页 · 侧碰传力路径

基础知识自测

点击作答

为什么侧面碰撞对车内乘员的伤害通常比正面碰撞更严重?

8第 8 页 · 基础知识自测

侧面碰撞保护设计评价方法

多维度评价体系的构建

侧面碰撞保护设计评价方法
多维度评价体系的构建
9第 9 页 · 侧面碰撞保护设计评价方法

C-NCAP评价体系架构

中心是C-NCAP整体架构,三条主分支对应不同乘员与场景,向外逐层展开子项目。

图解渲染中…
root整体框架,所有评价维度汇聚于此WorldSID假人侧面碰撞专用成年假人Q系列假人代表3岁、6岁、10岁儿童鞭打试验追尾场景下的颈部伤害评估
10第 10 页 · C-NCAP评价体系架构

车与车侧面碰撞试验

用真车撞真车,蜂窝铝模拟前端压溃,是最贴近真实事故的侧碰方法。

1
真车作冲击源
冲击端是整车,质量分布与刚度都接近真实车辆
2
蜂窝铝模拟吸能
蜂窝铝渐进压溃,复现真车前端吸能盒的力-位移曲线
3
整车几何接触
撞击面高度、形状与真车前端吻合,真实再现两车接触力学
4
撞击点可调
可分别瞄准 B 柱区、车门区,覆盖不同事故工况
5
假人量化伤害
通过肋骨变形、盆骨加速度等指标评价乘员真实损伤
11第 11 页 · 车与车侧面碰撞试验

可变形移动壁障侧面碰撞试验

上一页讲的是车与车侧碰——现实中对面什么车根本不可控。要让不同车型在同一条件下比出侧碰水平,就必须规定一个「标准对手」:MDB壁障。

壁障总质量
约1300kg,等效一辆中等乘用车前部的撞击惯量
铝蜂窝变形元件
特定密度与壁厚,把'硬碰硬'变成'可控压溃'
撞击面几何尺寸
高度方向覆盖乘员头、胸、髋等关键部位
离地间隙与速度
对准目标车侧围中段;典型撞击速度50km/h
标准化格斗陪练对应 →MDB壁障

体重、动作都规定死,所有选手打同一对手,才分得出真强弱

12第 12 页 · 可变形移动壁障侧面碰撞试验

C-NCAP可变形移动壁障试验

上页认识了MDB——它能模拟真实车辆前端的吸能结构。但C-NCAP把它的重量、速度、撞击角度和被撞车的准备动作都做了严格规定,才能让不同车的成绩可比。

壁障参数
整备质量约1400kg,前端蜂窝铝吸能块尺寸模拟典型乘用车前部宽度
碰撞工况
MDB以50km/h沿垂直方向撞击被测车驾驶员侧,对应国内十字路口典型侧碰场景
假人配置
前排主驾位放WorldSID假人(评价躯干与上下肢),后排放SID-IIs(评价二排乘员)
车辆准备
试验前规范调节座椅与转向柱位置、排空燃油电解液,保证单次试验可重复
评分规则
按头部、胸部、腹部、骨盆、下肢分项打分后汇总,附加燃油泄漏等扣分项
摆锤冲击试验对应 →MDB侧碰试验

摆锤质量与释放高度固定,唯一变量是被测构件(车)自身的吸能能力

13第 13 页 · C-NCAP可变形移动壁障试验

侧面柱碰撞试验

前面看过的移动壁障试验,壁障自身会溃缩吸能。但真实事故中,撞的可能是一根不动的电线杆——柱碰撞工况有完全不同的挑战。

刚性不溃缩
柱体几乎不变形,全部碰撞能量由车身独自吸收
线接触载荷
接触面积极小,局部载荷密度远高于面接触的壁障
头部穿透风险
侧窗破碎后,柱体可能直接撞击乘员头部区域
严重侵入变形
缺乏壁障溃缩区,B柱、车门、门槛变形显著更大
低速高严酷
试验速度较低(约32km/h),但伤害严重程度反而更高
用指尖戳桌面对应 →刚性柱侵入车身

同样力度下,尖端压强大得多,柱就像一根钉子把车身顶穿

14第 14 页 · 侧面柱碰撞试验

三种试验方法对比

MDB 与柱碰撞形式相近(都是移动物撞静止车),但物理特性截然不同——覆盖的伤害场景几乎不重叠,最易被混为一谈。

MDB 壁障碰撞
  • 撞击物:1500 kg 蜂窝铝宽幅壁障
  • 接触形态:宽面积、分布式吸能
  • 典型场景:城市道路轿车互撞
  • 伤害侧重:胸腹、盆骨区域
刚性柱碰撞
  • 撞击物:刚性细圆柱(φ254 mm)
  • 接触形态:窄面积、贯穿式侵入
  • 典型场景:失控滑出撞树或灯柱
  • 伤害侧重:头部与胸部
MDB 覆盖日常宽幅侧碰;柱碰撞专攻滑出路面的小重叠极端工况。车-车试验最贴近真实,但难复现,仅用于研发验证。
15第 15 页 · 三种试验方法对比

试验壁障参数对比

左右两侧分别列MDB与柱撞器参数,逐条对照阅读。

图解渲染中…
b1Mobile Deformable Barrier,整车级移动变形壁障b2Pole impactor,刚性圆柱,模拟电杆/树木场景
16第 16 页 · 试验壁障参数对比

侧面碰撞缓冲衬垫设计

缓冲衬垫要把侵入动能控在乘员耐受阈值内,按五步从空间推到验证。

1
设定缓冲空间
在门外板与内加强板之间预留30~50mm压溃行程,作为吸能载体空间。
2
设计压溃曲线
绘制载荷-位移曲线,平台力受限于乘员耐受阈值,避免出现破坏性二次峰值。
3
选吸能材料
选用EPP泡沫、铝蜂窝或中空管等结构,匹配梯度刚度实现渐进压溃。
4
匹配碰撞脉冲
平台力与持续时长对齐侧碰脉冲,让能量在入侵峰值前被吃掉。
5
伤害指标验证
台车与实车试验校验肋骨压缩量、粘性指标VC等是否满足限值。
17第 17 页 · 侧面碰撞缓冲衬垫设计

髋部缓冲衬垫设计考量

上一页我们看了车门整体衬垫的吸能思路,但乘员身上有一个部位需要单独设计——髋部。为什么?因为骨盆比躯干宽,侧碰时B柱下段最先撞上的就是它。

髋部最先受侵
骨盆宽度大于躯干,侧碰中B柱下段是第一个接触乘员的结构点
用距离换峰值力
衬垫把「瞬间刹停」变成「渐进减速」,刹停距离越大,峰值力越小
刚度窗口很窄
太软会被B柱击穿直撞骨盆;太硬则峰值力过高引发骨盆骨折
上下空间约束
上方扶手、下方地板夹着衬垫,过厚会把人挤向扶手造成腹部伤害
鸡蛋裹泡沫从高处落下对应 →髋部缓冲衬垫吸能

下落动能不变,泡沫把刹停距离d拉长,峰值力 F=½mv²/d 大幅降低

Fd=12mv2F \cdot d = \tfrac{1}{2}mv^2
18第 18 页 · 髋部缓冲衬垫设计考量

髋部缓冲衬垫设计要点

三大设计维度(材料/厚度/刚度)并列汇向同一目标,下游子参数各司其职。

图解渲染中…
g1三个并列的核心维度,不是先后工序out六项参数共同收敛:缺一项则设计失效
19第 19 页 · 髋部缓冲衬垫设计要点

髋部缓冲衬垫设计案例

上一页讲的是设计原则——多密度、渐变厚度、能量曲线。这一页走进一台真实车型,看这些原则怎样落地成一套具体的衬垫结构。

案例对象选择
挑IIHS侧碰优评车型,逆向拆解其髋部衬垫的材料、形状与覆盖范围
分区填充方案
盆骨主接触区用低密度发泡吸能,外围用高密度发泡提供支撑
渐变厚度设计
中央厚、边缘薄的锥形剖面,让载荷平滑外扩而不是突然终止
传力路径协同
衬垫把冲击力引导到B柱下端与座椅骨架,避免压在盆骨一点
试验验证
用侧碰假人测盆骨力峰值与髋部侵入量,与限值对比评估保护效果
拳击手套的多层填充对应 →髋部缓冲衬垫设计

主冲击区软、外圈硬,把冲击力分散到更大区域

20第 20 页 · 髋部缓冲衬垫设计案例

要点总结

  • 侧面侵入空间极小,缓冲依赖材料而非距离
  • 防护呈层级叠加:外到内逐级耗能
  • B柱与车门构成主传力骨架
  • 髋部衬垫是侧气囊外的关键防线
  • 三种试验覆盖不同真实碰撞场景
延伸主题:侧气囊与气帘的匹配设计车体轻量化与侧碰刚度的矛盾E-NCAP与IIHS侧碰标准对比
21第 21 页 · 要点总结

课后思考

先合上笔记,用自己的话答完三个问题,再点开参考答案对照思路。

1为什么侧面碰撞比正面碰撞更难防护?核心难点到底在哪里?

参考答案正面有约1米的发动机舱做缓冲吸能空间,侧面B柱到乘员只有十几厘米,侵入物直接指向胸腹。缓冲空间小、传力路径短是核心矛盾。

2若侧气帘未起爆,仅靠B柱、车门、缓冲衬垫这三层,能在侧面柱碰中保住乘员吗?

参考答案理论上可以——柱碰能量集中于小区域,多层协同吸能并限制侵入量是关键。但气帘对头部保护不可替代,它是主力而非唯一防线。

3若把可变形移动壁障的速度从50km/h提高到70km/h,你的防护设计优先级会怎样调整?

参考答案需重新分配权重:提高B柱与门槛的强度上限应对更高能量;加厚缓冲衬垫吸收更多冲击;并考虑高速下远端乘员偏移带来的新伤害模式。

22第 22 页 · 课后思考