王龙亮，崔东，方锐，樊华清，石梦妍

(中国汽车技术研究中心有限公司,天津 300300)

0 引言

随着我国经济的发展，汽车保有量逐年增加，道路越来越拥挤，每年交通事故的数量不断上升，人们对汽车保险及维修方面的花费比较关心，保险公司为了降低汽车碰撞后的维修费用，开始对维修中涉及的维修过程、维修配件、技师培训、维修工时等因素进行考虑。同时，汽车主机厂为了提高车型的销量，在设计产品时开始考虑汽车碰撞后维修的便利性及成本等因素。为了准确地评估汽车碰撞后的维修性，各个国家以及国际性研究机构出台了相应的行业标准，其中影响力最大认可度最高的是汽车维修研究委员会(RCAR)出台的关于汽车低速结构碰撞和保险杠测试试验评价标准[1-2]。本文作者首先对从RCAR可维修性试验规程进行介绍，紧接着介绍RCAR的评价方法，最后针对汽车可维修性的开发，从产品规划阶段、概念设计阶段、工程设计阶段、试验验证阶段4个阶段做了详细的介绍。

1 RCAR可维修性试验介绍

RCAR目前在5大洲、20个国家拥有25名会员，如英国Thatcham公司、德国安联技术中心AZT、美国IIHS等。

RCAR是由保险行业提供资金支持的一个国际性技术研究机构，其主要工作内容为研究与机动车事故维修、安全性及培训需求相关的工程设计及方案。为协助会员做好研究项目，RCAR为会员提供了一个相互交流、沟通的平台。RCAR秘书长保持与会员、全球性机构以及其他相关个人之间进行联络与沟通。

RCAR的总体目标是通过与汽车制造商进行对话与合作，进而影响汽车的设计，为保险公司控制成本，最终使车辆变得更安全，降低易损性，在事故发生后维修成本更合理。同时将这样的信息，通过高品质的培训报道等传递出去。

2 RCAR低速碰撞试验

根据RCAR的试验流程，进行车辆前部和尾部的15 km/h的低速碰撞试验，主要目的是评价车辆耐撞性与可维修性。

RCAR的前碰测试示意图如图1所示，目标车辆以15 km/h的初始速度撞击刚性壁障，壁障高度高于试验车辆，车辆质量为整车整备质量和一个驾驶员侧75 kg假人质量。碰撞侧为驾驶员侧，车辆与壁障的重叠率40%，刚性壁障的几何参数如图所示，壁障前端面斜角为10°，前端面与纵向平面的圆角半径为150 mm。

图1 RCAR标准正面15 km/h碰撞试验工况

RCAR的尾碰测试示意图如图2所示，碰撞台车以15 km/h的速度撞击车辆，台车为不可变形的刚性壁障，质量为1 400 kg。车辆质量为整车整备质量和驾驶员侧75 kg碰撞假人质量。车辆与碰撞台车行进方向成10°角摆放，碰撞侧为乘员侧尾部，重叠率为40%，车辆手制动处于松开位置，台车高度及几何形状如图所示[3-4]。

图2 RCAR标准尾部15 km/h碰撞试验工况

3 RCAR可维修性评估介绍

3.1 变形量测量

车辆变形量的测量点如图3和图4所示，分为车身覆盖件间隙测量和车底参考点测量，以毫米为单位，试验前后各测量一次。

图4 车底参考点测量

对于可能发生较大变形的部位，例如前后纵梁端部等，可以增加测量点的数量。所有的测量点都应拍照，测量点附近标记其顺序代码。正面碰撞和尾部碰撞的数据分开记录。如有可能，使用三坐标仪测量车前部车宽。并在驾驶员侧在发动机机罩和前保险杠上划线，使得这条线到车辆中心线的距离为车辆宽度的10%(该线到车辆驾驶员侧最宽点间的区域即为与壁障的重叠区域)。

3.2 汽车损伤评估

分别统计车辆前部和尾部低速结构碰撞试验将车辆维修至全新状态所需的零部件的价格，维修工时，喷漆以及材料费用。

4 汽车可维修性技术开发

汽车可维修性技术开发流程同碰撞安全开发流程一致，分为产品规划阶段、概念设计阶段、工程设计阶段、试验验证阶段4个阶段。

4.1 产品规划阶段

产品规划阶段，首先分析竞品车型的低速碰撞结果、保险等级信息以及相关的可维修性优缺点，比如零部件间的连接方式、材料的选择、焊点布置、关键零部件的设计等。在前期的结构件和零部件初始设计中吸取竞品车型的优点，避免其缺点。

4.2 概念设计阶段

概念设计阶段主要包括碰撞区域造型校核、总布置校核、高成本零部件位置校核3个方面。

4.2.1 碰撞区域造型校核

在概念设计阶段，首先对外造型进行校核，在汽车设计初期规避因造型原因导致非必要零部件的损伤，减小后续工程设计时的优化难度。

结合碰撞工况，对碰撞区域的造型设计进行校核，减少碰撞区域零部件的损伤概率，如发动机罩距离前保最前端的距离，前大灯距离防撞梁的距离，排气管距离后保最后端的距离，后尾门(行李箱盖)、尾灯距离地面的高度校核等，如图5和图6所示[5]。

图5 发动机罩与保险杠和大灯与防撞梁空间距离校核

图6 排气管、后尾灯、行李箱盖与地面空间距离校核

4.2.2 总布置校核

总布置设计关乎汽车碰撞时的吸能效率，优秀的总布置设计应该是低成本、易更换件作为主要的吸能结构，减少高成本、难更换件的损伤。因此总布置的校核主要针对结构件以及机舱的布置进行校核，比如前后防撞梁的高度、宽度，吸能盒的长度，散热器与防撞梁的吸能距离提出要求等，如图7所示[5]。

图7 防撞梁高度以及散热器吸能空间的校核

4.2.3 高成本零部件位置校核

在汽车概念设计时应避免高成本零部件的损坏，应将高成本零部件布置于非变形区域或者对其设计保护结构减少其损伤概率。比如ACC的布置方式，传统的ACC布置采用一体式钣金支架固定于前防撞梁中间位置，这种设计由于钣金件直接与ACC刚性连接，在保险杠受到挤压时容易损坏，在前期设计时应将ACC布置与前风窗玻璃处或者采用可压溃的支架固定于防撞梁区域。散热器总成布置时应该保持防撞梁与散热器之间没有其他结构件，保证吸能空间得到充分利用。压缩机布置是应该位于吸能盒的后端(不易变形区域)，如图8所示[5]。

图8 散热器以及压缩机的布置校核

4.3 工程设计阶段

在工程设计阶段，主要针对白车身、零部件、内外饰的设计。白车身需要考虑不同焊接方式的选择、钣金件的搭接方式、吸能结构件设计、拆装便利性设计方法。零部件需要考虑易损件的判断、拆装便利性设计方法、线束与管路的设计、高成本零部件的保护等。内外饰设计时需要考虑卡扣、连接件的设计，约束系统的更换便利性，仪表板的拆装便利性等。

根据试验工况进行CAE有限元分析，建立正碰、尾部碰撞有限元模型，根据仿真结果对汽车零部件、结构件的损伤进行评估[6-8]。

相对于安全开发的高速碰撞，可维修开发为低速碰撞，相对应的碰撞能量小，仿真结果偏差较大，为了提高仿真精度，仿真建模的时候需要注意以下几点：

高精度的网格划分，对于碰撞区域内的零部件进行精细的网格划分，准确的构件零部件的内部结构，如大灯网格的划分如图9所示。

准确的建模方法，对于零部件的连接选择合适的连接方式，比如卡扣的连接方式。

高精度的材料数据库，真实的材料特性是高精度仿真的基础，尤其是塑料件材料的准确模拟更为关键。

根据仿真结果，分析整车侵入量，结构件、零部件的损伤情况。图10为损伤某车型正面结构碰撞的接触力-位移曲线图，以及左右两侧的B柱下端加速度-位移曲线，图11为零部件有效应变云图。

图10 车体接触力、左右两侧的B柱下端加速度的位移曲线

图11 前端模块有效应变云图

根据仿真结果对车辆进行优化，来减少低速碰撞试验下的损伤。常见的优化方法包括：

(1)优化防撞梁、吸能盒的吸能特性，减小纵梁、高成本零部件的损坏风险。

(2)优化大灯、保险杠以及其他零部件的安装点位置以及结构形式，减少零部件的损坏。

(3)优化总成内零部件的数量，尽量增加总成内零部件的数量，避免整体更换。

4.4 试验验证阶段

根据碰撞试验结果，评估试验中结构件、零部件的损伤情况，根据维修过程、维修配件、维修工时等因素，计算获得汽车的维修成本。同时根据试验结果，针对不满足要求的指标，分析主要原因，并提供分析报告和优化方案。

要想获得优秀的可维修性指标，上述每个阶段都应该考虑汽车的维修性设计，只有通过各个阶段的校核设计验证，才能降低汽车碰撞后维修成本、保险公司的赔付成本、消费者的使用成本，促进汽车行业的发展。

5 结束语

文中根据RCAR低速碰撞法规的试验内容以及评价方法，同时结合整车开发经验，总结出针对低速碰撞可维修正向开发的流程。开发流程分为4个阶段即产品规划阶段、概念设计阶段、工程设计阶段、试验验证阶段，每个阶段都提出了具体开发内容。该开发流程对后续车型关于低速碰撞可维修性的开发具有重要指导意义。