▍安全设计四体系
从第一块安全玻璃到气囊安全带,从第一次碰撞试验到虚拟仿真分析,百年福特在碰撞安全的道路上稳步向前,持续为万千消费者提供安全可靠的车辆。
福特的安全开发主要体现在4个方面。
一是需求分析。
看起来短短的4个字,对一家全球企业来说,却不是一件简单的事。碰撞安全开发,首先必须满足当地法规的强制性要求,其次要符合公司层面的企业要求,同时还要考虑日益增长的第三方评价体系。在福特公司内部,成立了一个专门的团队——ASO——来负责研究和跟进上述工作内容。
ASO按照地区差异,将与碰撞安全相关的法规进行梳理和汇总,形成目标制定策略的基本面。目前全球法规主要分为ECE、FMVSS两大体系。在法规要求的基础上,为提升产品安全性能和竞争力,ASO于1980年建立了碰撞安全的企业标准(SDG)。
SDG的判定依据一方面参考法规要求,另一方面源自多年真实道路交通事故数据的提取和分析,涵盖从气囊、安全带在内的产品定义到结构耐撞性和假人伤害值性能参数的各种指标,形成一套完整的安全相关目标体系。
▲全球安全相关法规分布
起源于美国的NCAP体系于上世纪70年代开始实施,在消费者中产生的影响力和公信力日益增强,对厂家带来了新的挑战。2001年,ASO再次出手,将SDG里面与NCAP相关的内容独立出来,形成了另外一套标准——PDG,旨在从企业角度出发,更好地拥抱包括NCAP在内的第三方评价体系,提升品牌竞争力。
ASO、SDG、PDG这3套标准,形成了福特安全金字塔的理念,展示了福特在碰撞安全需求分析中,对不同地区、不同标准的分析、梳理和定义。其中,法规是产品基本的性能需求,SDG体现企业对安全的守护,PDG则是产品竞争的有利武器。
福特非常重视中国市场车辆安全性能的指标。C-NCAP实施后第二年,福特即在PDG的内容里增加了C-NCAP的要求,并且对长安福特新车型全部赋予五星的目标要求。
▲全球碰撞安全第三方评价体系分布
二是目标设定。
完成需求分析,就确定了产品对应的目标。下一步,就是体现福特百年沉淀的时候了——目标设定及分解。它对于整车性能目标的达成,具有非常重要的作用。
对于目标分解,福特积极推进产品及性能对标工作,包括门板、方向盘、座椅等,结合自身产品信息及相关试验数据,识别出系统、零部件性能和整车结果之间的关联性,进而制定和发布了从整车到系统及零部件的目标分解策略。
以侧面碰撞为例,整车安全性能会分解成约束系统性能要求,及座椅结构、门板刚度和造型、车门结构性能和车身结构性能。这些目标分解的信息会分别输入给造型、总布置、产品团队,在整个项目开发过程中起到指导和参考的作用。
对于正面碰撞来说,涉及到更多的系统和零件,包括前机舱空间布置情况、转向管柱压溃特性、能量传递路径规划等。工程师要基于不同市场的需求来指导和设计零件,并同时考虑零件的复杂度(通用程度)。
▲侧面碰撞性能对标
▲侧面碰撞产品(门板)对标
三是设计优化。
在多年开发中,福特汽车已形成、完善了福特产品开发系统(GPDS)。碰撞安全的开发就是基于GPDS的框架,从平台到车身、从零件到系统和整车,工作内容涵盖结构耐撞性、乘员保护、行人保护和碰撞传感器标定。
车型平台结构的开发设计主要在UN(下车身)开发阶段完成,遵循整车目标的分解,通过车辆前悬、纵梁等尺寸设计来控制碰撞曲线,使用高强钢减少入侵量,保证碰撞中乘员舱、燃油系统以及新能源车型电池包的完整性。
在UP(上车身)开发阶段,主要进行侧面碰撞、行人保护结构设计以及约束系统匹配工作。
车身结构开发的输出将作为约束系统匹配开发的输入。约束系统开发初期因为零件成熟度的原因,会使用前序车型替代零件,用于气囊展开形态、到位时间和系统完整性等可行性分析。同时,使用虚拟仿真的方式,在不同方案中选择最优的安全带、气囊点爆时间以及包括气囊体积、排气孔尺寸、安全带限力值的物理特性。在福特GPDS流程里,下车身UN阶段会进行3轮仿真分析,上车身UP则是4轮。
在车身和约束系统开发完成以后,将使用验证试验的结果,用于碰撞传感器的标定。
福特是最早使用虚拟仿真技术进行安全性能开发的公司之一。虚拟仿真技术的应用,提升了福特在碰撞安全各个工况的开发效率。到今天,福特汽车碰撞安全虚拟仿真专家委员会依然定期召开会议,回顾公司在项目开发过程中的经验教训以及对新技术、新方法的探索,为虚拟仿真技术的可持续发展助力。
▲行人保护虚拟仿真
▲后碰虚拟仿真
四是验证签收。
设计阶段工作完成以后,开发工作进入最后的阶段——设计验证及认证,工程样车将被制造用于设计验证的用途。碰撞安全团队在开发初期,根据项目内容及投产地区制订试验计划。一般来说,用于全新项目的碰撞车辆在30至40辆。
在设计验证阶段,碰撞传感器标定的工作还没有完成,所以会采用远程点火方式控制约束系统的工作。待试验结构反馈至供应商完成传感器标定之后,会安排新一轮的认证试验。
认证试验的方法因各国家或地区的要求而有所差异。在美国,采取自我认证的方式,在公司内部试验室完成试验、提交报告即可。在欧洲,采用目击试验,邀请认证机构的专业人员到公司内部试验室,现场监督试验的过程,对结果进行评审。在中国,则采取送检方式,在符合国家要求资质的试验室进行试验,结果提交系统,完成认证过程。
从上世纪50年代开始,福特就建立了自己的安全碰撞试验室,发展到现在,建立了包括美国、英国、德国、澳大利亚和巴西在内的5个整车碰撞试验室。此外,行人保护、模拟碰撞以及安全零部件试验能力也在逐步更新和完善。
▲1973年福特欧洲碰撞试验室
从1954年举行第一次碰撞试验开始,福特用了超过40年的时间,完成了1万次整车碰撞试验。到2014年,福特累积完成了2万次整车碰撞试验和1万次模拟碰撞试验。这是福特对待安全设计验证的严谨态度,更是福特为乘员安全作出的庄严承诺。
从目标设定到分解,从设计开发到验证,福特碰撞开发工作自开始之初就以安全优先为己任,不断总结经验教训,更新和完善开发流程和内容,至今已形成覆盖全球各地标准要求的全碰撞工况的研发体系,设计出满足最新各国或区域NCAP高分要求的产品。