汽车碰撞试验

细说乘用车碰撞试验文/图景升随着汽车数量的增加和行驶速度的不断提高，行车安全越来越重要。而在所有汽车事故当中，与碰撞有关的事故占90％以上。汽车碰撞是不可避免的，那么如何减少碰撞时对人员的伤害？世界各国都在研究制定日趋严格的碰撞试验方法和标准。相信大多数的读者都没有见过车辆的碰撞试验，对国内目前乘用车所做的碰撞试验种类以及试验方法也缺乏了解。为了能让大家全面、细致、直观地了解关于乘用车碰撞试验方面的知识，笔者深入碰撞试验的第一线，在国家轿车质量监督检验中心碰撞实验室同事的帮助下，将目前国内所做的所有乘用车碰撞试验总结整理出来，与大家共赏。“乘用车正面碰撞的乘员保护”是目前国内在汽车碰撞方面惟一强制实施的标准，所有车辆都必须通过此项试验。自2006年7月1日开始又有两项碰撞标准将实施，分别是：“汽车侧面碰撞的乘员保护”和“乘用车后碰撞燃油系统安全要求”。另外，还有一项推荐性标准是“乘用车正面偏置碰撞的乘员保护”，3、5年后很可能也会被纳入国标当中。除此之外，还有四项碰撞试验偶尔也会做，不过都是厂方的行为，主要是作为安全带和安全气囊的匹配试验和车辆研发阶段的性能试验。对于以上八项碰撞试验，本文都将从国内外情况、试验方法和考核指标三方面进行详细地介绍。100％重叠正面碰撞美国和日本都比较注重100％重叠刚性固定壁障的碰撞试验，美国的碰撞速度是56km/h，日本的碰撞速度是55km/h，两者相差不多，并且都采用了40％的偏置碰撞作为补充。我国目前惟一施行的强制性检验项目便是100％重叠刚性固定壁障的碰撞试验，试验速度为48～50km/h。欧洲在碰撞试验方面比较注重对事故形态的模拟，而完全发生正面100％重叠的碰撞事故并不多见，所以欧洲并没有强制实施100％重叠的正面碰撞试验，相反，对40％重叠的偏置碰撞要求相当严格。试验方法看起来比较简单，只要保证试验车辆以一定的速度撞击壁障便可以了（厂方可以要求以高于国标的速度撞击，只要检测指标满足要求，同样认为该车合格；厂方也可以要求以更低的速度撞击，不过只能作为安全带和安全气囊的匹配试验），不过对试验场地和设施的要求非常严格，试验车辆的准备工作也非常严谨复杂。首先，试验场地应足够大，以容纳跑道、壁障等试验设施，并且必须保证壁障前至少5m的跑道水平光滑。其次，作为主要试验设施的刚性碰撞壁障，其实就是一个钢筋混凝土制成的水泥墩子，其长、宽、高和总质量都有明确规定：前部宽度不小于3m，高度不小于1.5m，厚度应保证其质量不低于70吨。刚性壁障的前表面必须平整并且与地面垂直，就像一面墙一样，并要覆以2cm厚的胶合板。其它设施如灯光、高速摄像机等也有相当严格的要求。车辆准备是一项非常细腻并且十分重要的工作，首先试验车辆应能反映出该系列产品的特征，应包括正常安装的所有装备，并处于正常运行状态，一些零部件可以被等质量代替，但不得对测量结果造成影响。其次，试验车辆质量应是整备质量，燃油箱应注入90％油箱容积的水，所有其它系统（制动系、冷却系等）应排空，排除液体的质量应予以补偿。最后，对乘员舱进行相当严格的调整：转向盘应处于中间位置，在加速过程结束时，转向盘处于自由状态，且处于制造厂规定的车辆直线行驶时的位置；车窗玻璃应处于关闭位置，为便于测量，经厂商同意，车窗玻璃也可以打开，但是必须保证操控手柄处于车窗关闭时的位置（手摇式车窗）；变速杆应处于空挡位置；踏板应处于正常的放松位置；车门应关闭但不锁止；如果装有活动车顶或可拆卸车顶，应处于关闭状态，为方便测量，经制造厂同意可以打开；遮阳板应处于收起状态；后视镜应处于正常使用位置；前后扶手应处于放下的状态；高度可调的头枕应处于最高位置；座椅必须按照规定进行调节。车辆准备工作做好后，便开始放置假人及相应的信号采集设备。一切准备就绪，便可以发车。对车辆的行驶状态也有明确规定：车辆不得靠自身动力驱动，在碰撞瞬间，车辆不应再受到任何附加转向或驱动装置的作用，车辆到达壁障的路线在横向任一方向偏离理论轨迹均不得超过15cm。现在国内一般采用电机驱动，由钢丝绳带动车辆加速，在碰撞前脱钩，车辆自由撞击壁障，脱钩时的速度即为撞击速度，保证48～50km/h。当然，如果厂家要求在更高的速度下撞击，并且碰撞结果满足要求，也认为试验合格。撞击结束后，便开始对前排座椅假人进行测量以及对车辆进行测量。这项碰撞试验的考核指标主要有：■假人头部性能指标（HPC）应小于或等于1000；胸部性能指标（ThPC）应小于或等于75mm；大腿性能指标（FPC）应小于或等于10kN。■在试验过程中，车门不得开启。■在试验过程中，前门的锁止系统不得发生锁止。■碰撞试验后，不使用工具，对于前排座位，若有门，至少有一个门能够打开；必要时，改变座椅靠背位置使得所有乘员撤离；将假人从约束系统中解脱，如果发生了锁止，通过在松脱装置上施加不超过60N的压力，该约束系统应能被打开；从车辆中完好地取出假人。在碰撞过程中，燃油供给系统不得发生泄漏，若存在液体连续泄漏，那么，泄漏速率不得超过30g/min；如果来自燃油供给系统的液体与来自其它系统的液体混合，且不同的液体不容易分离和辨认，那么在评定连续泄漏时，收集到的所有液体都应计入。侧面碰撞目前国际上侧面碰撞法规还没有统一，主要有美国FMVSS214和欧洲ECER95两种侧面碰撞方式。美国是最早执行汽车侧面碰撞保护法规的国家，1990年10月FMVSS214在美国颁布实施；之后在1995年10月，欧洲也制定了相应的汽车侧面碰撞法规ECER95，到1998年10月1日侧面碰撞的欧洲指令96/27/EC强制执行；日本的侧面碰撞法规采用了与欧洲相同的碰撞方式，1998年将侧面碰撞法规正式纳入日本保安基准。目前美国、欧洲侧面碰撞试验方法存在较多的不同之处，表现在：碰撞形态不同；移动壁障的台车质量、尺寸以及吸能块尺寸、形状和性能不同；试验用侧碰假人不同；碰撞速度不同；碰撞基准点的位置不同；乘员伤害指标不同。目前侧面碰撞法规统一的协调化工作的重点是先统一侧面碰撞假人和伤害评价指标。欧洲ECER95提出的02号修订草案中建议采用EuroSID－1的改进型ES2假人，ES2假人已经在欧洲、日本的NCAP安全性评价中被采用。另外一个侧面碰撞假人WorldSID也已经通过评价，这是目前惟一一个侧面碰撞生物保真性能满足ISO标准要求的侧面碰撞假人。将来全世界统一的侧面碰撞假人应该是WorldSID。侧面碰撞的试验形式如图所示，试验车辆静止，移动变形壁障以一定的速度垂直撞击车身侧面，我国规定的速度为50±1km/h。其中对场地的要求以及试验车辆的准备与100％正面碰撞基本相同。移动变形壁障由碰撞块和移动车组成，总质量为950kg，重心位置有非常严格的要求。碰撞块由6个独立的蜂窝状铝块、两个前铝面板和一个后铝面板组成，蜂窝状铝块已经经过处理，随着变形的增大，力的大小逐渐增加，能够真实地模拟出车辆前端的平均刚度，使该试验能够形象反应出两车相撞时的状态。碰撞块的形状、尺寸以及重心位置等参数都有明确严格的要求。移动车的形状和大小也有规定，尽量与真实车辆相当，其前后轮距为1500mm，轴距为3000mm。另外，还有一点比较重要：移动车必须要有自己的制动装置，一旦发生碰撞，通过传感器启动该制动装置，让移动壁障尽快停止，避免与试验车发生二次碰撞。该项试验撞击点的位置有明确严格的要求，撞击偏差控制得也比较严格，一般应控制在25mm之内。撞击速度为50±1km/h，并且该速度至少在碰撞前0.5m内保持稳定。侧面碰撞试验的考核指标主要有：■头部性能指标（HPC）应小于或等于1000；当没有发生头部接触时，则不必测量或计算HPC值，只记录“无头部接触”。■胸部性能指标：肋骨变形指标（RDC）应小于或等于42mm；粘性指标（VC）应小于或等于1.0m/s。■骨盆性能指标：耻骨结合点力峰值（PSPF）应小于或等于6kN。■腹部性能指标：腹部力峰值（APF）应小于或等于2.5kN的内力（相当于4.5kN的外力）。■在试验过程中车门不得开启。■碰撞试验后，不使用工具应能打开足够数量的车门，使乘员能正常进出；必要时可倾斜座椅靠背或座椅，以保证所有乘员能够撤离；将假人从约束系统中解脱出来；将假人从车辆中移出。■所有内部构件在脱落时均不得产生锋利的凸出物或锯齿边，以防止增加伤害乘员的可能性。■在不增加乘员受伤危险的情况下，允许出现因永久变形产生的脱落。■在碰撞试验后，如果燃油供给系统出现液体连续泄漏，其泄漏速度不得超过30g/min；如果燃油供给系统泄漏的液体与其它系统泄漏的液体混合，且不同的液体不容易分离和辨认，则在评定连续泄漏的泄露速度时记入所有收集到的液体。尾部碰撞最近，美国出台了一项新的FMVSS201法规，将后撞速度从目前的时速48公里逐渐提高到时速80公里。这个新规定在2005年起步，2009年全面实施，要求汽车厂商采用更结实的油箱，使汽车在高速下撞车时更好地避免渗漏，避免起火爆炸。而日本保安基准11－4－14在采用ECER34法规时，在后碰撞规定中将碰撞速度也提高到（50±2）km/h。从总的发展趋势看，国外法规都在提高碰撞速度，以使车辆对车内乘员提供更有效的保护。我国最近也制定了《乘用车后碰撞燃油系统安全要求》，将碰撞速度由（35～38）km/h提高为（50±2）km/h，标准将从2006年7月1日开始实施。尾部碰撞的试验方法与侧面碰撞差不多，我国要求的碰撞速度为(50±2)km/h，碰撞形式如图所示。尾部碰撞对场地的要求以及试验车辆的准备与侧面碰撞基本一样。两项试验最大的差别除了撞击点的位置不同外，移动壁障的形态也完全不一样：一个是刚性壁障，一个是塑性壁障。尾部碰撞采用的是钢制结构的刚性壁障，表面装有2cm厚的胶合板，撞击表面宽度不小于2.5m，高度不小于0.8m。碰撞角度应垂直，由于壁障宽度超过试验车的宽度，所以碰撞点的位置要求相对比较宽松。对移动车的要求两项试验完全相同，不过移动壁障的总质量尾部碰撞要高出侧面碰撞150kg。试验车辆应装备计入车辆整备质量中的所有正常安装的部件和设备，并且应装备涉及防火性能的部件和设备。向燃油箱加注至少满容量90%的燃料或其密度和粘度与正常使用燃油相近的非可燃液体，其他系统如制动液罐散热器等可以排空。变速器可不处于空挡位置，驻车制动器可处于制动状态。尾部碰撞试验的考核指标主要有：■在碰撞过程中燃油装置不应发生液体泄漏■碰撞试验后燃油装置若有液体连续泄漏，则在碰撞后前5分钟平均泄漏速率不应大于30g/min，如果从燃油装置中泄漏的液体与从其它系统泄漏的液体混淆，且这几种液体不容易分开和辨认，则应根据收集到的所有液体评价连续泄漏量■不应引起燃料的燃烧■在碰撞过程中和碰撞试验后，蓄电池应由保护装置保持自己的位置40％偏置碰撞目前欧洲、澳大利亚的正面碰撞法规中采用的是56km/h的40％ODB碰撞试验方法。欧洲和澳大利亚的NCAP中的正面碰撞试验，为64km/h的40％偏置可吸能壁障碰撞试验方法。日本的J－NCAP中，从2000年起正面碰撞试验采用55km/h的100％刚性固定壁障碰撞和64km/h的40％偏置可吸能壁障碰撞两项试验，综合评价汽车的正面碰撞安全性。美国的保险公司为了全面了解汽车碰撞的安全性能，除了政府推行的56km/h的100％刚性固定壁障碰撞试验外，由IIHS（InsuranceInstituteforHighwaySafety）开展64km/h的40％偏置可吸能壁障碰撞试验，碰撞试验结果用于汽车保险中估损。100％刚性固定壁障和40％偏置可吸能壁障两种碰撞试验方式，乘员的伤害机理不同，对安全车身和乘员约束系统考核的侧重面也不同，两者无法互相代替，只有同时采用才能较全面的评价车辆的正面碰撞安全性能。目前，我国的科研机构已经将《偏置可吸能壁障正面碰撞》推荐至国家，作为推荐标准，相信很快便会成为我国惟一强制施行的48～50km/h的100％重叠率的刚性固定壁障碰撞试验的补充。40％偏置碰撞的试验方法与100％重叠正面碰撞基本相同，试验场地的要求与车辆准备两项试验也基