王晓平

（中国第一汽车股份有限公司天津技术开发分公司）

汽车碰撞安全是汽车性能中的重要部分，从18 世纪汽车问世以来，各个国家都建立了各种标准来评价汽车的安全性能。通常实车碰撞试验可分为以下几类：正面碰撞、侧面碰撞、追尾碰撞、角度碰撞等[1]。偏置（ODB）碰撞属于正面碰撞中的一种。碰撞车以64 km/h 的速度撞击壁障，壁障重叠率为40%，该工况主要评价车身安全。ODB 试验使用静态壁障，小级别的车辆即使获得较高的星级评价，与大型车辆发生实际碰撞的受伤概率也明显高于对方。随着道路车辆的类型增多，如何保证车辆在碰撞中既能保护本车乘员的安全（耐撞性），又能减少对另一方碰撞车辆造成的伤害（攻击性），即为碰撞兼容性需要研究的内容[2]。经过多年研究，2020 年E-NCAP 决定使用MPDB 兼容性碰撞工况代替ODB试验，2021 年C-NCAP 也将随之引入MPDB 试验。文章就MPDB 及ODB 试验用的壁障力学特性进行了研究，分别建立静态及动态压溃模型，研究了在相同输入条件下壁障的力学响应，为后续MPDB 工况车型的开发提供支持。

1 壁障介绍

ODB 和MPDB 试验使用的壁障主体都是蜂窝铝结构，但尺寸、规定方式、刚度分配及评价方式不同。

ODB 壁障由蜂窝铝主体及保险杠原件组成，二者均由正六边形蜂窝铝块构成，但两部分蜂窝铝有不同的压缩强度：蜂窝铝主体部分的压缩强度为0.308～0.342 MPa，保险杠原件部分为 1.54～1.711 MPa，壁障整体固定在刚性结构上，具体尺寸如图1 所示。

图1 ODB 壁障示意图

MPDB 采用渐进式结构，壁障纵向分成3 段，A 段和C 段有恒定的压溃变形力，其中C 段与ODB 主体部分强度相同，A 段与ODB 中保险杠原件强度一致，中段B 变形力是渐进的，压溃力随着变形增加而增加，壁障通过螺栓固定在可移动台车上，具体尺寸如图2 所示。

图2 MPDB 壁障示意图

从蜂窝铝的布置特点来看，ODB 突出了保险杠部分，而MPDB 将保险杠与前端吸能结构作为整体考虑。2 种壁障的第2 部分长度都是450 mm，但ODB 在该段的蜂窝结构刚度前后一致，而MPDB 则表现为逐渐变强，与现代车辆设计理念相同[3]。

此外，ODB 工况仅对假人的伤害进行评价，而MPDB 除了常规的假人评价外，还需对车辆的兼容性进行评价，具体评价方法包括：壁障变形评价（SD）、壁障击穿评价（Bottom Out）、乘员负载系数（OLC）评价。

2 壁障力学响应对比

2.1 静态压溃

静态压溃模型采用如下方式[4]：建立刚性平面，平面整体覆盖壁障外表面，加载速度为1 m/s，刚性平面在该速度下压溃至壁障最后位置。图3 示出2 种壁障在静态压溃下的力和位移曲线示意图。当ODB 及MPDB 分别压溃至430 mm 及570 mm 后，刚性平面反力急剧上升，后续数值没有参考意义不做研究。

图3 壁障静态压溃力-位移曲线示意图

ODB 壁障由2 部分组成，其中保险杠原件蜂窝铝强度大于主体结构。在开始压溃阶段，变形主要区域为主体蜂窝铝下部，当压溃至135 mm 处时，保险杠原件前端逐渐与蜂窝铝主体上部位于同一平面，刚性平面也开始完全接触壁障，接触反力位移曲线表现为逐渐增加上升，当刚性平面移动至430 mm 处后，蜂窝铝开始被完全压溃，刚性平面开始接触至ODB 壁障后端刚性部分，接触反力迅速上升至无穷大。ODB 壁障压溃过程，如图4 所示。

图4 ODB 壁障静态压溃示意图

MPDB 壁障最前端与ODB 结构不同，前部为平面结构，没有前端凸起的保险杠原件。刚性平面开始阶段已经完全与壁障接触，接触反力在初始阶段即呈水平状，大约压溃至150 mm 处，中部溃缩蜂窝铝结构开始参与变形，接触反力开始上升，当压溃至250 mm 处，最前端蜂窝铝被完全压溃，该阶段为中部蜂窝铝变形，反力呈规定斜率上升状态。MPDB 静态压溃过程，如图5所示。

图5 MPDB 壁障静态压溃示意图

2.2 动态压溃

E-NCAP 中对MPDB 壁障动态压溃做出标定要求[5]：使用1 300 kg 的标定碰撞台车，台车前端安装有管柱结构，并以60 km/h 的速度撞击壁障，撞击后壁障力学响应在符合相关要求的范围内，具体方法如图6所示[6]。

图6 MPDB 壁障动态标定示意图

法规中没有专门对ODB 所用蜂窝铝动态试验做出要求[7-9]，出于对比原因，ODB 壁障也使用与MPDB 相同的试验条件。撞击位置按以下要求选择：在壁障重叠率为50%，75%，100%的前提下，分别再选择3 个撞击高度，如图7 所示：1）刚性装置最下端与保险杠原件最下端持平位置；2）刚性装置最上端与保险杠原件最上端持平位置；3）刚性装置中线与蜂窝铝主体中线重合位置。共9 个撞击位置。

图7 壁障碰撞位置示意图

图8 示出MPDB 与ODB 壁障动态力学响应。由于ODB 所有撞击位置都被小车击穿，曲线Y 轴仅截取500 kN 以下作为分析对象。

图8 壁障动态压溃力-位移曲线示意图

MPDB 壁障总长度为790 mm，小车撞击至558 mm处开始反弹。ODB 蜂窝铝结构在动态冲击下整体刚度表现较平均，除个别撞击位置外，其它响应曲线均按固定斜率上升。MPDB 前端壁障响应与ODB 壁障相同，在压溃至220 mm 后，中部蜂窝铝开始变形，响应曲线迅速爬升至250 mm 处，该阶段表现与静态压溃一致，中部壁障参与变形后反力升高。当中间的壁障压溃至400 mm 时，此时蜂窝铝结构变形彻底并达到极值，小车运动速度逐渐减慢直至反弹。

3 结论

文章对ODB 及MPDB 壁障进行了比较，分别建立动静态压溃模型，研究2 种壁障的力学响应，经过比较可得：

1）根据MPDB 蜂窝铝布置特点，其整体呈现为逐渐变强的刚度特性，与现代车辆设计理念相同。

2）在静态压溃中，ODB 蜂窝铝主体先变形，随着压溃距离的增加，前端保险杠原件开始进入变形，而MPDB 为顺序变形，在静态压溃中，MPDB 的刚度要大于ODB。

3）在动态压溃中，ODB 整体刚度表现较为均匀，而MPDB 前端蜂窝铝刚度与ODB 表现相同，但进入到中间部分后，刚度明显比ODB 大，标定小车在不同位置撞击均击穿ODB 壁障撞至刚性部分，却未击穿MPDB。