姚双庆 曾春杰 梁展 周甘华

摘 要：随着车身轻量化的需求，车身结构在选材方面突破了传统车身，随着铝型材车身应用越来越广泛，为了满足铝型材车身在性能上符合后排女性乘员下潜的要求，控制后排女性乘员下潜现象的发生，避免设计验证阶段出现重复设计，减少重复性方案性验证。根据传统车身结构，结合某车型铝型材车身特有结构，对安全带布置和锁扣选用等方面试验验证数据表明，安全带固定点布置和锁扣的选用对防下潜性能影响大。并针对某铝型材车型试验数据和整改方案，提出了一些可供参考的结构选用和优化方案建议，为后续类似结构设计提供一些参考。

关键词：汽车安全 铝型材车身 后排女性乘员 下潜机理 概念设计 解决方案

Abstract：With the demand for lightweight body， the body structure has broken through the limitation of the traditional body in terms of material selection. As the aluminum profile body is used more and more widely， in order to meet the performance requirements of the aluminum profile body to meet the requirements of the rear female occupants to dive， control the occurrence of the diving phenomenon of the rear female occupants avoids repeated designs in the design verification stage and reduces repetitive program verification. According to the traditional body structure， combined with the unique structure of the aluminum profile body of a certain model， the test and verification data on the seat belt arrangement and the selection of the buckle show that the arrangement of the seat belt fixing point and the selection of the buckle have a great impact on the anti-dive performance. According to the test data and rectification plan of a certain aluminum profile model， some suggestions for reference structure selection and optimization plan are put forward to provide some reference for subsequent similar structure design.

Key words：automobile safety， aluminum profile body， rear female occupant， diving mechanism， conceptual design， solution

1 引言

新能源電动汽车车身轻量化要求车身骨架在保证汽车强度和安全性能的前提下尽可能地降低汽车的整体质量，从而提高汽车的动力性，减少能量消耗，铝型材结构车身因质量较轻、焊接性能较好逐渐应用到新能源汽车中。国内主流的主机厂在新能源电动车的全铝车身结构设计方面主要有两种，高强度航空全铝车身，框架式结构全铝车身，前者因材料，维修成本高昂，工艺复杂不能广泛推广，而框架式全铝车身在工艺便利好，成本适中等优势则体现出来。为了满足CNCAP后排女性乘员的碰撞要求，针对后排5%女性假人防下潜评价，各主机厂目前都有成熟的应对结构方案，但是此方案都是针对于传统车身，框架式铝型材车身因其本身结构的特殊性以及电池选用，导致安全带固定点的布置受限，以及后排固定式坐垫结构匹配传统车身的防下潜方案应用在铝型材车身中存在一定的结构上和布置上问题。此文主要针对某铝型材框架式结构车身CNCAP试验阶段出现的下潜问题进行整改，并对整改的方案进行总结，为后期遇到类似车身结构，为后期类似结构针对后排女性假人防下潜提供参考设计方案。

2 结构和布置分析

2.1 车身结构以及后排座椅坐垫

如图1（a）（b）（c）所示，传统防下潜通过车身地板倾斜或者内凹结构同时配合EPP或防潜支架三种结构类型以实现汽车发生碰撞时有效控制人体沿躯干角向前下相对运动，从而在进行C-NCAP试验有效的规避了在碰撞过程中因人体相对移动较大导致安全带腰带滑入5%女性假人腹部的风险。而航空铝虽然可以按照传统车型结构设计，因其工艺便利性以及成本原因，目前不被广泛推广而不做考虑。

如图2（d）为其他主机厂在异形电池包自带防潜结构匹配传统车身亦不适用于本文提到的全铝框架式车身结构，本文提到的框架式全铝结构车身因综合考虑车身结构类型和电池选用以及成本等因素，所以在设计开发初期，在防潜结构上仅按照某成熟车型的成本最优的方式进行设计如图2（e）。

2.2 安全带布置分析

欧阳俊1等提到了基于防下潜设计要求中不可变因素安全带固定点X方向和Z方向相对于假人H点距离设计要求和可变因素中锁扣长度，防下潜结构强度变形要求，并提出了若干解决方案，前期设计阶段为考虑电池检修方便性、整车重量、成本以及长续航电池预留布置空间，安全带固定点综合考虑布置在框架车身结构横梁上如表1。

3 防下潜性能摸底试验

3.1 试验现状分析

50KM/H滑台试验结果表明，虽后排乘员头部未接触到前排座椅靠背及内饰（图3）;但后排乘员安全带腰带存在明显向上滑移的现象，假人出现双侧下潜现象，人体位移量大，通过拆卸试验样件发现：1、后排座椅坐垫在人体臀部和两侧安全带固定点位置发生较大的形变;初步分析为安全带下固定点布置位置，柔性连接织带过长、碰撞后期腰带上移，后排坐垫随着人体位移有明显的形变，总体评价为座椅支撑强度不足，坐垫固定点布置不合理，安全带固定点靠后靠下，防下潜支架效果较差。

3.2 改进后的防下潜方案以及实验

初步整改方案：通过增加坐垫防潜EPP以及加宽防潜支架宽度并调整位置，使其更贴近人体臀部，织带由柔性连接改为刚性连接，同时调整安全带锁扣位置，并且把整改方案经过CAE分析，经CAE分析结果得知在95ms时腰带虽有移动，但随着骨盆停止滑动，腰带未继续向上滑移如图4（e），髂骨力CAE分析得出也未超出如图4（f），鉴于此，可以得出，经过上述方案更改后，可有效减少人体在发生碰撞时人体下潜位移的可能，同时安全带刚性锁扣因柔性叠加量的减少可有效的固定人体髋骨，避免滑入腹部。

根据初始防下潜方案CAE分析以及碰撞摸底试验，对该车型防下潜方案进行调整，对滑台试验后坐垫的固定点数量、后坐垫的结构进行了调整，同时改变了安全带锁扣出口位置，将柔性锁扣的结构变更为刚性，在座椅底部增加EPP结构，更改预紧安全的预紧力，调整方案如下，并根据调整方案进行滑台试验验证：

方案分为六组分别将织带锁扣更改为刚性，增加了后排坐垫下的EPP结构，将EPP的宽度加宽并更改EPP与车身防下潜支架匹配的方式，因大电池包与车身后地板间隙小如表2，同时考虑安全点固定点强度，调整的原则为不改变车身结构的前提下，优先进行座椅结构和安全带结构的来进行验证，经过验证五轮滑台的验证，在不改变车身大结构的前提下，仅仅在座椅和安全带结构上进行调整，最终试验的结果均不满足防下潜的得分要求。

在最终方案中，将锁扣固定点位置调整，并且在车身上新增固定点后试验最终满足，所以基于本文的框架式全铝车身结构在满足坐垫固定点数量、坐垫增加防潜EPP以及调整安全带固定点的位置三个整改方案共同作用解决了后排假人下潜的风险。最终方案实施如图6。

4 总结

本文从框架式全铝车身工艺便利，成本适中在广泛推广的同时，因其结构的特殊性，在防下潜工作验证中给被动安全件提出了更高的设计要求，结合计算机仿真以及滑台模拟碰撞试验验证了全铝车身防下潜时座椅防潜结构设计和安全带固定点布置位置的确定方法，避免了防下潜设计中出现影响大的重复设计;在设计验证阶段优化可变因素，避免了防下潜设计中出现冗余设计，带来不必要的成本增加。

5 附录

后排防下潜在成品零部件的質量把控环节也起到至关重要的作用，表四在零部件的质量环节上陈述了对防下潜试验结果产生影响的因素。

参考文献：

[1]后排女性假人下潜控制设计方法研究_欧阳俊.

作者简介

姚双庆：（1983—），男，安徽芜湖人，助理工程师。

通讯作者

曾春杰：硕士、助理工程师。