我國客車上部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度公告和出口認(rèn)證試驗的異同

李 弢，王 欣，覃禎員

（重慶車輛檢測研究院國家客車質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心，重慶 400067）

根據(jù)美國公路交通安全局的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，客車側(cè)翻事故死亡率是前后碰撞事故死亡率的6倍。因此，世界上許多國家都已把客車側(cè)翻試驗作為強(qiáng)制性的認(rèn)證項目，要求客車上部結(jié)構(gòu)有足夠的強(qiáng)度和剛度，在傾翻試驗后，其變形不會太大，以保證乘客的生存空間。隨著社會的進(jìn)步，我國對客車被動安全性的重視程度日益提高。從2011年6月開始國家工信部要求汽車新產(chǎn)品強(qiáng)制實施客車上部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度檢測，適用范圍為II級和III級客車中的單層客車。如果此類客車未通過上部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗，則不能上公告。重慶車輛檢測研究院國家客車檢測中心已經(jīng)開展了70余次客車上部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的出口認(rèn)證傾翻試驗，公告試驗也做了160余次，是目前國內(nèi)做傾翻試驗最多的檢測機(jī)構(gòu)。為了促進(jìn)該項工作的開展，現(xiàn)結(jié)合國家客車檢測中心豐富的試驗經(jīng)驗，就客車上部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的公告試驗和出口認(rèn)證試驗的區(qū)別加以介紹。

1 公告試驗

1.1 試驗依據(jù)

強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)GB 13094-2007《客車結(jié)構(gòu)安全要求》明確規(guī)定，2011年2月起，II級和III級客車中的單層客車必須開展客車上部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的檢測，檢測方法標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 17578-1998《客車上部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度》[1]。該方法等效采用歐洲經(jīng)濟(jì)委員會1997年9月3日發(fā)布的法規(guī)ECE R66《關(guān)于大客車上部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度認(rèn)證的統(tǒng)一技術(shù)規(guī)定》的00系列中整車傾翻試驗部分。

1.2 試驗方法

1.2.1 樣車準(zhǔn)備工作

1）試驗質(zhì)量狀態(tài)為整車整備質(zhì)量，懸架不用鎖止。

2）準(zhǔn)備測試的車輛無需全部完工，但須處于“可運(yùn)轉(zhuǎn)”狀態(tài)，同時整車整備質(zhì)量、質(zhì)心位置和質(zhì)量分布應(yīng)符合該車整備質(zhì)量狀態(tài)的技術(shù)要求。

3）對上部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度沒有起到加強(qiáng)的貴重的部件，可由等質(zhì)量材料或安裝結(jié)構(gòu)相似并具有相同質(zhì)量分布的部件替換，如空調(diào)可采用舊空調(diào)或等質(zhì)量的載荷替換。

4）燃料、電池及其他易燃、易爆或易腐蝕材料可由其它配重材料替代。

5）駕駛員和乘客的座椅靠背若為可調(diào)式，靠背應(yīng)處于垂直的位置；如座椅高度可調(diào)，應(yīng)處于最高位置。

6）客車的門、窗都應(yīng)關(guān)閉、閂上，但不能鎖死。7）輪胎氣壓應(yīng)符合生產(chǎn)廠的規(guī)定。

1.2.2 變形規(guī)和高速攝像機(jī)

在試驗車輛的乘員生存空間的前后區(qū)域里至少安裝兩個變形規(guī)，測量車內(nèi)典型窗立柱的碰撞變形；在車輛前后各安置一臺高速攝像機(jī)，拍攝傾翻過程中的車輛前后部的動態(tài)變形情況。作為試驗后結(jié)果評價的主要依據(jù)，高速攝像非常重要，屬于公告試驗和出口認(rèn)證試驗都必須的試驗設(shè)備。

1.2.3 試驗步驟

1）客車停放在一個水平的滿足法規(guī)要求的翻轉(zhuǎn)平臺上。

2）采取措施防止客車發(fā)生縱向滑移和車輪側(cè)向滑移。

3）試驗裝置應(yīng)確?？蛙嚫鬏S同步側(cè)傾。

4）試驗時，勻速抬起試驗臺，客車在沒有搖晃和不受其他外力影響的情況下側(cè)傾直至超過臨界穩(wěn)定狀態(tài)后自由翻倒。側(cè)傾角速度不應(yīng)超過5°/s（0.087 rad／s）?？蛙噧A翻示意圖如圖1所示。

1.3 技術(shù)要求

試驗過程中和試驗后測試車輛應(yīng)該滿足以下要求：

1）車身任何部分的位移都不允許侵入標(biāo)準(zhǔn)要求的生存空間內(nèi)。

2）生存空間內(nèi)的任何部分都不能突出至變形的車身結(jié)構(gòu)外。

2 出口認(rèn)證試驗

2.1 試驗依據(jù)

涉及到客車上部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的國外法規(guī)有：歐洲法規(guī)ECE R66[2]，ECE R107[3]，2001/85/EC[4]；澳大利亞相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)ADR 59/00[5]；南非標(biāo)準(zhǔn)SANS 1563[6]；印度標(biāo)準(zhǔn)AIS-031《客車結(jié)構(gòu)強(qiáng)度》等。ECE R66現(xiàn)在有3個系列版本，00系列于1986年12月1日發(fā)布實施，現(xiàn)在使用得較少；01系列于2005年11月9日開始實施，占出口認(rèn)證試驗中的大多數(shù)；02系列2010年8月19號開始實施，現(xiàn)在用得較少。下面從試驗方法對ECE R66的三個系列以及其他相關(guān)法規(guī)與ECE R66的關(guān)系進(jìn)行闡述。

2.2 試驗方法

2.2.1 主要區(qū)別

1）ECE R66-00系列的認(rèn)證試驗方法有：整車傾翻試驗、車身段傾翻試驗、車身段擺錘試驗和整車計算機(jī)模擬側(cè)翻試驗共4種等效認(rèn)證試驗方法。在整車傾翻試驗中，試驗樣車質(zhì)量為可運(yùn)行質(zhì)量（整備質(zhì)量+75 kg駕駛員質(zhì)量），試驗中樣車不用鎖止懸架，有安全帶的座椅上不需要配重。

2）ECE R66-01系列認(rèn)證試驗方法有：整車傾翻試驗、車身段側(cè)翻試驗、車身段進(jìn)行的準(zhǔn)靜態(tài)負(fù)荷試驗、根據(jù)測試部件進(jìn)行的準(zhǔn)靜態(tài)計算和整車計算機(jī)模擬側(cè)翻試驗共5種等效認(rèn)證試驗方法。其中整車傾翻試驗要求比00系列增加以下內(nèi)容：試驗前需要鎖止懸架；如果座椅上有安全帶，試驗時需要在有安全帶的座椅上放置34 kg·f或者 68 kg·f的人形配重物（任選）；試驗前后要進(jìn)行質(zhì)心測量。01系列對客車上部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的考核更加貼近實際情況，更加嚴(yán)格。目前一般出口認(rèn)證采用整車傾翻試驗居多。

3）ECE R66-02系列是在01系列的基礎(chǔ)上，增加了16座以上的B級客車也必須滿足客車上部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的要求。其試驗方法和01系列相同。

2.2.2 ECE R 66的關(guān)系

由于在歐洲最早實施客車上部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度法規(guī)，因此，目前國外現(xiàn)有的關(guān)于上部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的內(nèi)容均來源于歐洲法規(guī)ECE R66[7-8]。表1可以說明現(xiàn)在國外涉及到客車上部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的法規(guī)中的試驗方法與ECE R66的三個系列的關(guān)系。

表1 涉及到客車上部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的國外法規(guī)與ECE R66關(guān)系

2.3 出口認(rèn)證技術(shù)要求

試驗過程中和試驗后測試車輛應(yīng)該滿足以下要求：

1）車身任何部分的位移都不允許侵入標(biāo)準(zhǔn)要求的生存空間內(nèi)。

2）生存空間內(nèi)的任何部分都不能突出至變形的車身結(jié)構(gòu)外。

3 公告試驗與出口試驗的差異

3.1 試驗方法區(qū)別

兩者的主要區(qū)別如下：

1）公告試驗的試驗車輛為整備質(zhì)量狀態(tài)，懸架不用鎖止；出口試驗中有兩種選擇：可加載和鎖止懸架或不加載和不鎖止懸架；但目前歐盟認(rèn)證一般采用ECE R66-01版本，即試驗車輛為總有效質(zhì)量狀態(tài)，澳洲認(rèn)證一般采用ADR 59/00附錄B，即試驗質(zhì)量為整備質(zhì)量加上75 kg的駕駛員質(zhì)量。

2）公告試驗中只針對整車試驗；出口認(rèn)證中除了整車試驗，還包含了車身段傾翻試驗、車身段進(jìn)行的準(zhǔn)靜態(tài)負(fù)荷試驗、根據(jù)測試部件進(jìn)行的準(zhǔn)靜態(tài)計算和在整車上進(jìn)行的計算機(jī)模擬側(cè)翻試驗5種等效認(rèn)證的方法，任選其一[9]。

3.2 試驗結(jié)果差異分析

從試驗結(jié)果統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，公告試驗車輛（試驗不加載）的通過率要高于依據(jù)ECE R66-01法規(guī)進(jìn)行出口認(rèn)證試驗。

1）前者要求測試車輛為整備質(zhì)量狀態(tài)，座椅不用加載，懸架也不用鎖止。車輛處于車輛空載的狀態(tài)，傾翻的基準(zhǔn)能量比加載狀態(tài)要小得多；而懸架不用鎖止，因翻轉(zhuǎn)過程中質(zhì)量向傾翻側(cè)轉(zhuǎn)移，傾翻側(cè)的懸架和減振器會降低到最低狀態(tài)，從而造成車輛質(zhì)心在翻轉(zhuǎn)過程中發(fā)生降低現(xiàn)象，以致車輛傾翻的基準(zhǔn)能量進(jìn)一步減小，從而翻倒后車輛側(cè)立柱的侵入變形量減小。

2）后者按ECE R66-01進(jìn)行認(rèn)證試驗時，測試車輛為總有效質(zhì)量（整備質(zhì)量與在有安全帶座椅上的配重之和）狀態(tài)，而且懸架要鎖止，因此，翻倒后車身上部結(jié)構(gòu)侵入變形量要大[10]。

某一型號的兩輛客車開展公告試驗和出口認(rèn)證試驗的試驗數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 同一型號的兩輛客車的公告試驗和R66-01試驗的結(jié)果數(shù)據(jù)

我國正在修訂的客車上部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的新標(biāo)準(zhǔn)也將采用加載和鎖止懸架進(jìn)行試驗。

3.3 常見問題

目前我國汽車公告剛剛要求進(jìn)行客車上部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗，相當(dāng)一部分廠家的客車產(chǎn)品未經(jīng)過有針對性的設(shè)計驗算（如結(jié)構(gòu)強(qiáng)度CAE仿真分析）?？蛙嚠a(chǎn)品本身存在一定問題，比如前圍立柱強(qiáng)度較弱，變形過大，前后立柱吸能設(shè)計不合理，使得試驗結(jié)果不能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，需要從設(shè)計上加以改進(jìn)。建議客車廠家在設(shè)計階段，注意考慮以下方面問題：

1）客車前后圍最好是rolling bar結(jié)構(gòu)，頂蓋橫梁、側(cè)立柱和底架橫梁做成封閉式，不要做成分段的。試驗證明，整體立柱的要設(shè)計車輛在傾翻試驗中有著更好表現(xiàn)。

2）立柱與腰梁的結(jié)合處要可靠牢固，很多車輛上部結(jié)構(gòu)的直接變形就是從結(jié)合處發(fā)生斷裂。

3）側(cè)窗要粘接牢固，可以允許試驗中玻璃碎裂，但不允許在試驗中側(cè)窗連同玻璃作為一個整體掉下來，這樣會對乘員造成重大傷害。

4）座椅的橫向強(qiáng)度要強(qiáng)，如果座椅由于橫向強(qiáng)度不夠而導(dǎo)致與車輛的連接部位斷裂，甚至座椅直接砸向乘員，會對乘員造成重大傷害。由于現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)體系對座椅的要求只有縱向強(qiáng)度而無橫向強(qiáng)度的要求。因此，該問題在試驗前大多數(shù)廠家感覺無法驗證或考核，而一旦在試驗中出現(xiàn)問題、又苦于沒有直接的驗證參數(shù)來驗證改進(jìn)的效果。建議客車廠家委托有經(jīng)驗的檢測機(jī)構(gòu)在試驗時，測量座椅連接部位的橫向加速度作為驗證的依據(jù)。

5）發(fā)動機(jī)蓋鎖要安裝牢固并具有足夠的強(qiáng)度，如果在試驗中發(fā)生發(fā)動機(jī)蓋掉下來侵入乘客的生存空間，也不滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求。

6）生存空間附近不要有剛性結(jié)構(gòu)件，比如硬的窗簾桿等。這種剛性結(jié)構(gòu)件很可能在傾翻試驗中直接侵入乘客的生存空間，造成不符合標(biāo)準(zhǔn)要求的結(jié)果。

以上問題都是我中心在開展傾翻試驗過程中遇到的問題，希望引起企業(yè)的重視。在客車設(shè)計中，重點(diǎn)關(guān)注上述問題，尤其應(yīng)開展有針對性的CAE設(shè)計。

4 結(jié)束語

根據(jù)重慶車輛檢測研究院國家客車檢測中心最近幾年進(jìn)行的約170次不加載試驗（含公告檢測和歐標(biāo)不加載試驗）和約30次加載試驗的結(jié)果來看，有以下幾個特點(diǎn)：

1）25%左右的客車產(chǎn)品的車身上部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度處于臨界狀態(tài)或不符合標(biāo)準(zhǔn)要求，建議廠家對現(xiàn)有的客車產(chǎn)品需進(jìn)行有針對性的CAE分析計算和改進(jìn)。

2）40%左右的客車產(chǎn)品存在主要結(jié)構(gòu)件方面的問題，建議廠家在試驗前對以上所提到的幾類主要結(jié)構(gòu)件的問題進(jìn)行分析，能夠在試驗前消除不合格的因素是最理想的。

3）加載試驗的要求明顯高于不加載試驗的要求。這些要求不僅僅體現(xiàn)在對客車上部結(jié)構(gòu)的要求上，也體現(xiàn)在對主要結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度要求上。建議客車廠家在老標(biāo)準(zhǔn)實施階段、新標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布實施之前的這段時間，利用CAE（計算機(jī)仿真分析）等方法抓緊開展上部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的分析研究，做好應(yīng)對新標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)制實施的準(zhǔn)備工作。

[1]GB/T 17578-1998，客車上部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的規(guī)定[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1998.

[2]ECE R66.E/ECE/324 Rev.1/Add.65/Rev.1 Uniform Technical Prescriptions Concerning the Approval of Large Passenger Vehicles.

[3]ECE R107.E/ECE/324 Rev.2/Add.106/Rev.2 Uniform Provisions Concerning the Approval of Category M2 or M3.Vehicles with Regard to their General Construction.

[4]ECE R85.E/ECE/324 Rev.1/Add.65/Rev.1 Uniform Technical Prescriptions Concerning the Approval of Large Passenger Vehicles with Regard to the Strength oftheir Superstructure.

[5]Australian Design Rule 59/00.Omnibus Rollover Strength.

[6]Sans 1563∶2005.the Strength of Large Passenger Vehicle Superstructures(Rol l-over Protection).

[7]楊超.世界車輛法規(guī)協(xié)調(diào)論壇及其所管理的協(xié)定[J].客車技術(shù)與研究，2008，（6）：45-49.

[8]楊超.汽車e/E-mark出口認(rèn)證分析[J].客車技術(shù)與研究，2009，（4）：38-41.

[9]王欣，丁良旭，唐京玫，等.客車傾翻試驗研究[J].客車技術(shù)與研究，2008,（3）：49-51.

[10]王欣.客車上部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度-傾翻試驗——出口認(rèn)證介紹[C]//.2009年客車學(xué)術(shù)年會論文集.西安：陜西出版集團(tuán)，陜西科學(xué)技術(shù)出版社，2009：197-200.