1 概述

在中國天津汽車檢測中心進(jìn)行的正面碰撞試驗(yàn)表明，在安全帶和安全氣囊的協(xié)調(diào)作用下，北斗星汽車具有良好的安全性能。北斗星車，在日本被稱為WAGON 車。鈴木公司進(jìn)行開發(fā)時(shí)，為達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的安全性要求，在轉(zhuǎn)向盤和儀表板上配置了安全氣囊。

北斗星車自從投放市場以來，由于其外形小巧、內(nèi)部空間大、乘座舒適性好、駕駛性能好等特點(diǎn)，受到用戶的普遍歡迎。但是，與北斗星車同時(shí)面市和此后陸續(xù)上市的新車型多達(dá)五、六十種，因此，北斗星車今年將面臨激烈的競爭。為處在競爭中的優(yōu)勢地位，降低汽車的價(jià)格勢在必行。開展北斗星簡單配置車開發(fā)工作，在節(jié)省兩個(gè)安全氣囊的前提下，保證改進(jìn)后汽車達(dá)到CMVDR294《關(guān)于正面碰撞乘員保護(hù)的設(shè)計(jì)規(guī)則》的強(qiáng)制要求。

2 汽車碰撞領(lǐng)域試驗(yàn)技術(shù)和設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展的趨勢

2.1 國內(nèi)外開展正面碰撞試驗(yàn)的情況

國外實(shí)施正面碰撞乘員保護(hù)措施的情況大致如下：在日本，駕駛員側(cè)安全氣囊在M1 類車型上裝車率非常高，99%的車型上都可裝備駕駛員側(cè)安全氣囊，其中約90%為標(biāo)準(zhǔn)裝備；而副駕駛側(cè)裝備安全氣囊的車型占到所有車型的93.5%,其中76.7%為標(biāo)準(zhǔn)裝備。日本在對(duì)汽車產(chǎn)品進(jìn)行認(rèn)證時(shí)，對(duì)于安全氣囊作為選裝裝備的車型，提交型式認(rèn)證的車輛應(yīng)該是不安裝安全氣囊的最低配置車輛；對(duì)于匹配合理的氣囊產(chǎn)品，原則上，氣囊將改善正面碰撞保護(hù)性能，所以對(duì)于裝備氣囊的車型只需由廠家提供氣囊匹配時(shí)的碰撞試驗(yàn)報(bào)告，證明氣囊匹配的合理性即可。歐洲大致也是這種情況。也就是說，將安全氣囊作為輔助約束系統(tǒng)（SRS）的法規(guī)體系（如歐洲、日本）中，安全氣囊并不是強(qiáng)制（或必須）安裝的裝備，如果安全帶系統(tǒng)經(jīng)過合理匹配，能夠滿足正面碰撞乘員保護(hù)要求的話，完全可以不安裝安全氣囊。

我國的CMVDR294《關(guān)于正面碰撞乘員保護(hù)的設(shè)計(jì)規(guī)則》法規(guī)是參照歐洲ECE R94 法規(guī)制訂的，法規(guī)中并沒有強(qiáng)制安裝安全氣囊的要求。作為約束系統(tǒng)，安全帶是強(qiáng)制安裝的，而安全氣囊屬于輔助約束系統(tǒng)。從這一點(diǎn)可以看出，北斗星車去掉安全氣囊與國家法規(guī)并不抵觸。

天津汽車檢測中心通過總結(jié)、分析2000 年到2001 年度近百次試驗(yàn)結(jié)果，得出結(jié)論：我國CMVDR294《關(guān)于正面碰撞乘員保護(hù)的設(shè)計(jì)規(guī)則》法規(guī)中規(guī)定的100%重疊率的剛性固定壁障正面碰撞條件下，車身剛度最大，車內(nèi)乘員承受的慣性力較大，乘員生物傷害指標(biāo)超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)較高，這種碰撞試驗(yàn)方式對(duì)乘員約束系統(tǒng)的考核最嚴(yán)格。我國現(xiàn)有M1 類車型的車身大多能夠滿足法規(guī)要求，超標(biāo)的主要原因在駕駛員側(cè)假人頭部HIC 值超過1000。為了滿足CMVDR294《關(guān)于正面碰撞乘員保護(hù)的設(shè)計(jì)規(guī)則》法規(guī)要求，很多車型通過匹配駕駛員側(cè)安全氣囊獲得了理想的結(jié)果。只是目前國內(nèi)10 萬元以下的M1 類客車的安全氣囊大多屬于客戶選裝方式，市場上銷售的大部分車輛并為裝備安全氣囊，如果汽車產(chǎn)品型式認(rèn)證工作中對(duì)汽車正面碰撞乘員保護(hù)檢驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)施生產(chǎn)一致性檢驗(yàn)的話，必須使最低配置的車型能夠滿足強(qiáng)制性檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求才行。

2.2 低配置車型提高安全性能的技術(shù)措施

為使低配置車型通過碰撞試驗(yàn)，國內(nèi)一些廠家做過嘗試，并且取得了較好的效果。哈爾濱飛機(jī)工業(yè)公司的中意車，柳州微型汽車廠的微型車等車型通過改進(jìn)車架結(jié)構(gòu)，重新匹配乘員約束系統(tǒng)等技術(shù)手段，有效地提高了汽車的安全性，通過了汽車正面碰撞試驗(yàn)。

2.3 北斗星車安全性的現(xiàn)狀

2000 年7 月7 日，配置安全氣囊北斗星車進(jìn)行了一次汽車正面碰撞乘員保護(hù)試驗(yàn)，結(jié)果如下表所示：

從上表數(shù)據(jù)可以看出，北斗星車配置安全氣囊時(shí)，試驗(yàn)中各項(xiàng)指標(biāo)均遠(yuǎn)離限值，如果減少安全氣囊沒有過分惡化整車安全性，完全有可能達(dá)到指標(biāo)要求。

綜上所述，北斗星車減少安全氣囊，但仍然滿足我國法規(guī)要求在技術(shù)和法規(guī)上是可行的，但是必須解決好乘員約束系統(tǒng)的匹配，優(yōu)化吸能方式。

3 研究目標(biāo)

（1）取消安全氣囊并使用普通安全帶，正面碰撞時(shí)各項(xiàng)指標(biāo)應(yīng)能滿足CMVDR294《關(guān)于正面碰撞乘員保護(hù)的設(shè)計(jì)規(guī)則》要求。

（2）整車重量基本不增加。

（3）整車其他型能不低于北斗星原型車。

（4）整車外形尺寸和外覆蓋件保持不變，盡可能地減少新制零部件的品種和數(shù)量，減少開發(fā)費(fèi)用，縮短開發(fā)周期。

（5）盡量借用現(xiàn)有的工裝、夾具，避免新制大型工裝、夾具，減少生產(chǎn)線改造的投入，實(shí)現(xiàn)新、老車型的平穩(wěn)過渡。

（6）部件及整車的工藝性，盡早實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。

4 開發(fā)方式和基本方案

（1）與清華大學(xué)汽車工程系進(jìn)行合作開發(fā)。

（2）改進(jìn)工作分三階段進(jìn)行。

第一階段：

1) 已經(jīng)做過碰撞實(shí)驗(yàn)的車輛進(jìn)行詳細(xì)的結(jié)構(gòu)變形及變形方式等測定，深入分析存在的問題，為下一步的改進(jìn)工作作好前期準(zhǔn)備。

2) 驗(yàn)樣車運(yùn)送到清華。

3) 樣車進(jìn)行宏觀分析，包括吸能部分情況，乘員保護(hù)系統(tǒng)等狀況。

4) 根據(jù)上述分析情況在清華對(duì)樣車進(jìn)行必要的改進(jìn)。

5) 通過正面碰撞法規(guī)試驗(yàn)，出具報(bào)告。

第二階段：

如果實(shí)驗(yàn)車出現(xiàn)問題，未能達(dá)標(biāo)，則進(jìn)行本階段工作。

1) 提供的CAD 數(shù)模進(jìn)行CAE 建模工作。

2) 將初步實(shí)驗(yàn)結(jié)果與模擬計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，修正模型。

3) 提出改進(jìn)方案并進(jìn)行模擬計(jì)算預(yù)測。改進(jìn)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下條件：①使產(chǎn)品符合中國碰撞法規(guī)要求（不裝安全氣袋，并使用非預(yù)緊式安全帶）；②盡可能少地改動(dòng)原設(shè)計(jì)，外形尺寸不變（特別是外形鈑金件盡量少做改動(dòng)）。

4) 結(jié)合改進(jìn)方案進(jìn)行車身臺(tái)車碰撞試驗(yàn)。

5) 確定最終的改進(jìn)方案，進(jìn)行改進(jìn)后的整車碰撞試驗(yàn)，最后應(yīng)達(dá)標(biāo)（除非乘員保護(hù)系統(tǒng)方面有問題），出具報(bào)告。

6) 開發(fā)工作中同時(shí)對(duì)昌鈴公司技術(shù)人員進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算及結(jié)構(gòu)耐撞性等方面的培訓(xùn)，以提高昌鈴公司在有限元分析及結(jié)構(gòu)改進(jìn)方面的技術(shù)水平。

如果實(shí)驗(yàn)車達(dá)標(biāo)，則項(xiàng)目結(jié)束。

第三階段：

如果第二階段未能達(dá)標(biāo)，問題出在乘員保護(hù)系統(tǒng)方面，則雙方經(jīng)協(xié)商一致后進(jìn)行本階段工作。

1) 乘員保護(hù)系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)車。

2) 研究分析乘員保護(hù)系統(tǒng)的改進(jìn)（與附件廠共同進(jìn)行）。

3) 進(jìn)行臺(tái)車碰撞實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步考核乘員保護(hù)系統(tǒng)。

4) 第二次改進(jìn)后的整車碰撞試驗(yàn)，最后應(yīng)達(dá)標(biāo)。

5 工作內(nèi)容和技術(shù)措施

（1）為并行工作，縮短開發(fā)周期，作好在第一階段未完成開發(fā)目標(biāo)的準(zhǔn)備，進(jìn)行建立北斗星白車身電子模型工作。通過周密安排組織，在一個(gè)月內(nèi)完成了所需的全部數(shù)模。

（2）對(duì)安全帶約束性能進(jìn)行改進(jìn)：

1) 采用了低延伸率織帶，提高了約束效果。更改了安全帶卷收器構(gòu)架材料，提高了零件強(qiáng)度，

嚴(yán)格控制了卷收器芯軸鑄造材料元素配比，加大了鑄造壓力，提高了零件強(qiáng)度。

2) 更改了安全帶帶頭、吊環(huán)、帶扣、肩高調(diào)節(jié)器等零件材料及熱處理工藝，提高了零部件強(qiáng)度與剛度。

3) 改進(jìn)了卷收器帶感、車感敏感元件，提高了帶感、車感的靈敏度，提高了卷簧卷收力矩，采用了大力矩卷簧，調(diào)整卷收器棘爪和慣性盤間隙，減少了鎖止滯后時(shí)間。

4) 格控制了安全帶小批量生產(chǎn)一致性。改進(jìn)后零部件性能見表2。

表2 改進(jìn)后安全帶性能

（3）對(duì)于座椅，我們按鈴木公司圖紙核查更改了座椅骨架滑軌材料，嚴(yán)格按鈴木公司SIS P 檢查標(biāo)準(zhǔn)檢查座椅骨架滑軌焊點(diǎn)分布、焊接強(qiáng)度，確保了實(shí)車碰撞不失效。

（4）同時(shí)，我們選用了4 幅軟發(fā)泡方向盤，儀表板嚴(yán)格按圖紙規(guī)定的材料。

（5）樣品試制試驗(yàn)：為落實(shí)上述措施，組織各配套廠商進(jìn)行了艱苦的樣品試制工作。增加了質(zhì)量控制點(diǎn)，加強(qiáng)了對(duì)關(guān)鍵零部件的抽檢力度。

（6）碰撞車的準(zhǔn)備。嚴(yán)格按技術(shù)狀態(tài)規(guī)定進(jìn)行碰撞試驗(yàn)的樣車的試制。精心組織，精益生產(chǎn)，確保樣車狀態(tài)完好。

6 整車碰撞試驗(yàn)

一切準(zhǔn)備工作就緒之后， 2003 年1 月21 日在清華大學(xué)汽車安全與節(jié)能國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了一次碰撞試驗(yàn)。試驗(yàn)取得了圓滿成功。各項(xiàng)指標(biāo)均符合CMVDR 294《關(guān)于正面碰撞乘員保護(hù)的設(shè)計(jì)規(guī)則》中的限值要求。主要性能指標(biāo)如下表所示。

在試驗(yàn)速度達(dá)到49.6km/h 接近最高速度50km/h 的情況下，我們的汽車仍然一次試驗(yàn)成功，說明汽車的安全性處在較高的水平。但是通過試驗(yàn)及分析，北斗星車仍存在一些問題有待改進(jìn)以提高汽車正面碰撞的安全性。

(1) 試驗(yàn)后，副駕駛側(cè)座椅沒被有效束縛，發(fā)生旋轉(zhuǎn)。主要原因在于內(nèi)側(cè)的防碰撞拉板從滑軌中過早脫落，導(dǎo)致座椅在慣性的作用下繞外側(cè)防碰撞拉板在滑軌上的固定點(diǎn)發(fā)生旋轉(zhuǎn)，使假人膝蓋侵入儀表板上手套箱處，致使該側(cè)假人膝蓋處受力明顯偏大。

(2) 試驗(yàn)錄像顯示，前排兩側(cè)的安全帶仍存在延伸率偏大的現(xiàn)象，使兩側(cè)假人向前的位移加大。

7 結(jié)論

通過前期大量的分析工作，北斗星車通過乘員約束系統(tǒng)的合理匹配，取消了氣囊，整車滿足碰撞法規(guī)要求。但是鑒于試驗(yàn)仍暴露出一些問題，因此諸如座椅防碰撞拉板、座椅滑軌、安全帶等零部件則必須進(jìn)行整改，以保證生產(chǎn)一致性。通過本項(xiàng)目提前圓滿完成，公司可以立即恢復(fù)不裝備安全氣囊車型的生產(chǎn)和銷售。取消安全氣囊、氣囊控制器等高關(guān)稅、高附加值的部件，取消氣囊線束、氣囊螺旋線束等價(jià)格高的部件，用普通緊急鎖止安全帶代替電子預(yù)緊式安全帶，用國產(chǎn)轉(zhuǎn)向盤代替進(jìn)口方向盤等方式，將使整車制造成本在原車型基礎(chǔ)上降低大約4000 元/臺(tái)，如果今年生產(chǎn)8 萬輛北斗星汽車，其中一半為簡配置車的話，該車型將為公司創(chuàng)造產(chǎn)值20 億人民幣，節(jié)約成本1.6 億幣。

（轉(zhuǎn)載）