國(guó)內(nèi)車輛小偏置正面碰撞試驗(yàn)現(xiàn)狀

陳可明　樂中耀　李雪玲（中國(guó)汽車工程研究院股份有限公司汽車安全技術(shù)中心，重慶400039）

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國(guó)內(nèi)車輛小偏置正面碰撞試驗(yàn)現(xiàn)狀

陳可明樂中耀李雪玲
（中國(guó)汽車工程研究院股份有限公司汽車安全技術(shù)中心，重慶400039）

【摘要】為開展真實(shí)的車輛小偏置正面碰撞試驗(yàn)研究，開發(fā)了一種試驗(yàn)輔助設(shè)備，并通過對(duì)現(xiàn)有試驗(yàn)場(chǎng)地進(jìn)行簡(jiǎn)單改造，成功地將原來需要垂直安裝在移動(dòng)剛體墻上的小偏置壁障水平安裝在輔助設(shè)備上再連接到地面，同時(shí)利用試驗(yàn)對(duì)碰大廳的開闊場(chǎng)地避免了測(cè)試車輛的二次碰撞，不僅順利進(jìn)行了車輛小偏置碰撞試驗(yàn)，且試驗(yàn)結(jié)果符合美國(guó)公路安全保險(xiǎn)協(xié)會(huì)（IIHS）的標(biāo)準(zhǔn)要求，解決了我國(guó)不能進(jìn)行小偏置正面碰撞試驗(yàn)的難題。

1　前言

自美國(guó)在21世紀(jì)初推出車輛小偏置正面碰撞的測(cè)試規(guī)程以來，我國(guó)針對(duì)這種新工況在理論分析上進(jìn)行了較多的研究，但實(shí)車試驗(yàn)做的較少，因?yàn)橐樌M(jìn)行小偏置正面碰撞的測(cè)試并滿足美國(guó)公路安全保險(xiǎn)協(xié)會(huì)（IIHS）制定的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)車輛碰撞測(cè)試場(chǎng)地和相應(yīng)設(shè)備的要求較高，而目前能夠進(jìn)行小偏置碰撞試驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)室屈指可數(shù)。為此，本文根據(jù)車輛小偏置碰撞試驗(yàn)的研究現(xiàn)狀，針對(duì)該碰撞試驗(yàn)中的難點(diǎn)和存在的問題進(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)的解決方法。

2　車輛小偏置正面碰撞研究現(xiàn)狀

隨著汽車碰撞安全技術(shù)的不斷進(jìn)步，經(jīng)過廣大汽車制造商和科研機(jī)構(gòu)的共同努力，越來越多的汽車除須滿足本國(guó)政府規(guī)定的碰撞安全性法規(guī)外，還需滿足美國(guó)、歐洲等地頒布的對(duì)新汽車碰撞安全的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。在這些政府法規(guī)和評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)中，包含了各種不同的汽車碰撞形式，其中有正面剛性壁障完全碰撞、40%正面偏置可變形壁障碰撞、側(cè)面可變形移動(dòng)壁障碰撞以及行人保護(hù)和后面碰撞等，但是在現(xiàn)實(shí)發(fā)生的重大汽車碰撞事故中，有一類正面碰撞形式——小偏置正面碰撞約占正面碰撞死亡事故的1/4［1］，而此類碰撞型式卻沒有被包含在各種汽車碰撞安全的國(guó)家法規(guī)和新車安全評(píng)估系統(tǒng)中。

基于上述原因，IIHS于2012年8月正式頒布了車輛小偏置正面碰撞的試驗(yàn)規(guī)范和評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)［2］。根據(jù)IIHS當(dāng)年發(fā)布的車輛小偏置正面碰撞的試驗(yàn)報(bào)告，大部分在北美市場(chǎng)上的中高檔車輛只獲得了勉強(qiáng)通過（Marginal）和差（Poor）的等級(jí)，只有Acurl TL和Volvo S60兩款車獲得了最高等級(jí)——優(yōu)（Good），在中級(jí)車中也只有11個(gè)車型獲得優(yōu)（Good），至2014年，共有71款車在小偏置碰撞試驗(yàn)中獲得可接受（Acceptable）及以上的評(píng)價(jià)［3］。

美國(guó)國(guó)家公路安全局（NATSA）也從2009年開始從事這方面的研究［4］，他們首先進(jìn)行了車對(duì)車的15°斜角對(duì)撞試驗(yàn)，其次采用可變形移動(dòng)壁障對(duì)車的斜角對(duì)撞，并將兩者結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，最后采用新的可變形壁障進(jìn)行了7°斜角的20%小偏置正面碰撞試驗(yàn)和15°斜角的35%偏置正面碰撞試驗(yàn)［5］?？墒嵌嗄陙?，NAHSA主導(dǎo)的小偏置碰撞方面的研究一直沒有上升為車輛碰撞安全的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。

我國(guó)最早引進(jìn)車輛小偏置碰撞的概念是在2012年的第十五屆汽車安全技術(shù)學(xué)術(shù)會(huì)議上［6］，之后相關(guān)研究專家開展了計(jì)算機(jī)仿真分析方面的工作以及有關(guān)小偏置碰撞的交通事故研究［7～11］。

3　車輛小偏置正面碰撞試驗(yàn)難點(diǎn)和問題

3.1小偏置碰撞試驗(yàn)特點(diǎn)

IIHS定義的小偏置正面碰撞試驗(yàn)工況如圖1所示。被測(cè)試車輛以64 km/h的初始速度正面撞擊特制的小偏置剛體壁障，車體前部與壁障重疊部分為車體寬度的25%。其中，特制的小偏置剛體壁障與車體接觸處有一個(gè)半徑為150 mm的倒角，同時(shí)該壁障需要被固定在一個(gè)巨大的剛體墻上。

圖1　IIHS定義的小偏置正面碰撞試驗(yàn)工況

在小偏置正面碰撞過程中，由于汽車碰撞時(shí)受載的部位在縱梁的外側(cè)，主要承力構(gòu)件（縱梁）不能通過縱向壓潰變形而吸收沖擊能量，因此這種碰撞往往會(huì)引起乘員艙結(jié)構(gòu)嚴(yán)重變形，同時(shí)由于車輛重心與撞擊面中心的偏離，有些車輛會(huì)發(fā)生較大的繞垂直方向的旋轉(zhuǎn)和橫向偏移，所以對(duì)車輛測(cè)試場(chǎng)地要求較高，需要有寬闊的空間以免碰撞后的車輛又與周圍物體發(fā)生第2次碰撞，從而影響小偏置碰撞試驗(yàn)的測(cè)試結(jié)果。

目前只有IIHS的安全研究中心可以進(jìn)行這種小偏置碰撞試驗(yàn)，因其小偏置試驗(yàn)壁障后面的剛體墻是可以水平移動(dòng)的，試驗(yàn)時(shí)可根據(jù)被測(cè)試車輛的寬度調(diào)節(jié)小偏置壁障與剛體墻的相對(duì)位置，然后再用螺栓將小偏置壁障固定在剛體墻上，從而避免小偏置碰撞試驗(yàn)中被測(cè)試車輛車體旋轉(zhuǎn)后而發(fā)生二次碰撞，IIHS小偏置碰撞測(cè)試設(shè)備與場(chǎng)地如圖2所示。

3.2小偏置碰撞試驗(yàn)的難點(diǎn)

目前，我國(guó)已有的各汽車整車碰撞試驗(yàn)場(chǎng)地的剛體墻都是固定在地面上的，且被測(cè)試車輛的牽引跑道位于固定剛體墻的中心線上，如圖3所示。如果需要進(jìn)行小偏置正面碰撞試驗(yàn)，小偏置壁障只能垂直安裝在固定剛體墻中心線的左側(cè)。受設(shè)備與場(chǎng)地的限制，被測(cè)試車輛只能沿著中間的牽引跑道高速向前移動(dòng)，在離小偏置壁障不遠(yuǎn)處釋放牽引裝置，使測(cè)試車輛以規(guī)定的速度撞向小偏置壁障，從而完成小偏置碰撞試驗(yàn)。

圖2　IIHS小偏置碰撞測(cè)試設(shè)備與場(chǎng)地

圖3　小偏置壁障安裝在固定剛體墻上

通常，被測(cè)試車輛與小偏置壁障碰撞后會(huì)產(chǎn)生3種運(yùn)動(dòng)軌跡，如圖4中路徑1、路徑2和路徑3。路徑1表明測(cè)試車輛與壁障接觸后車身會(huì)擦過壁障直接向前移動(dòng)，由于車體設(shè)計(jì)的原因，左前輪可能脫落，A柱和左前門可能發(fā)生的損毀較輕。路徑2和路徑3均表明測(cè)試車輛與壁障接觸后發(fā)生逆時(shí)針方向的旋轉(zhuǎn)，路徑2情況下的車輛轉(zhuǎn)動(dòng)半徑比路徑3小，此時(shí)車身前部發(fā)生嚴(yán)重?fù)p毀，尤其是車身左側(cè)的A柱與前門。由于小偏置壁障前部頂端與車體接觸處距剛體墻的垂直距離僅為2 m，所以無論是路徑1或路徑2，測(cè)試車輛與壁障碰撞后都可能再撞向剛體墻而發(fā)生二次碰撞，造成車內(nèi)假人的傷害值和最終運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化，也會(huì)造成車身結(jié)構(gòu)進(jìn)一步的變形，達(dá)不到車輛小偏置碰撞試驗(yàn)的目的。但也有些測(cè)試車輛會(huì)沿著路徑2在剛體墻前停止運(yùn)動(dòng)，從而避免與剛體墻的第二次碰撞。路徑3情況下，由于車輛轉(zhuǎn)動(dòng)半徑過大，測(cè)試車輛一般不會(huì)與剛體墻發(fā)生接觸，但是受我國(guó)試驗(yàn)場(chǎng)地的條件限制，在固定剛體墻附近不會(huì)有寬闊的場(chǎng)地，所以測(cè)試車輛與小偏置壁障碰撞后有可能撞向附近的物體發(fā)生第2次碰撞，既可能對(duì)小偏置碰撞試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響，也可能對(duì)周邊的物體或附近建筑物墻體造成損壞。度

圖4　小偏置正面碰撞后測(cè)試車輛的3種運(yùn)動(dòng)軌跡

綜上所述，路徑1和路徑2情況下都有可能使測(cè)試車輛與壁障接觸后再與剛體墻發(fā)生二次碰撞，而路徑3情況下需要在固定剛體墻附近有較大的空間。

3.3小偏置碰撞試驗(yàn)存在的問題

圖5～圖7是美國(guó)公路安全保險(xiǎn)協(xié)會(huì)于2014年進(jìn)行的小偏置正面碰撞試驗(yàn)視頻截圖，其中虛線表示固定剛體墻的位置，如果試驗(yàn)時(shí)測(cè)試車輛與壁障接觸后繼續(xù)移動(dòng)越過虛線，則表明車身前部會(huì)與剛體墻發(fā)生二次碰撞。

圖5　Nissan Infiniti Q50小偏置正面碰撞試驗(yàn)截圖

由圖5可看出，測(cè)試車輛與壁障碰撞后車身發(fā)生旋轉(zhuǎn)使其前部右側(cè)已經(jīng)越過虛線，表明測(cè)試車輛必然會(huì)與剛體墻發(fā)生碰撞，它與壁障碰撞后的運(yùn)動(dòng)軌跡是路徑2。由圖6可看出，測(cè)試車輛與壁障碰撞后車身前部與小偏置壁障側(cè)面擦過，并且已經(jīng)越過虛線，也表明測(cè)試車輛必然會(huì)與剛體墻發(fā)生碰撞，它與壁障碰撞后的運(yùn)動(dòng)軌跡是路徑1。由圖7a可看出，測(cè)試車輛與壁障碰撞后發(fā)生旋轉(zhuǎn)，但在虛線前停止了運(yùn)動(dòng)，表明測(cè)試車輛不會(huì)與剛體墻接觸，避免了二次碰撞，它與壁障碰撞后的運(yùn)動(dòng)軌跡也是路徑2。由圖7b可看出，測(cè)試車輛與壁障碰撞后發(fā)生旋轉(zhuǎn)，最后停止在距壁障較遠(yuǎn)的位置，如果剛體墻附近沒有足夠大的空間，測(cè)試車輛有可能與附近物體或建筑物發(fā)生二次碰撞，它與壁障碰撞后的運(yùn)動(dòng)軌跡是路徑3。

圖6　MazdaCX9小偏置正面碰撞試驗(yàn)截圖

圖7　測(cè)試車輛與壁障碰撞后的不同運(yùn)動(dòng)軌跡

通常我國(guó)整車碰撞實(shí)驗(yàn)室所用的固定剛體墻是由水泥墩和鋼板組成，并且為了與地面固定，都打了很深的地基。很厚的鋼板固定在水泥墩表面，整個(gè)水泥墩質(zhì)量可達(dá)數(shù)百噸，無論是將現(xiàn)有固定剛體墻改造成移動(dòng)剛體墻，還是重新建造專門的小偏置碰撞試驗(yàn)用剛體墻，都面臨著工程量浩大、設(shè)備成本投入巨大等問題，難以實(shí)施，因此，目前我國(guó)可有效進(jìn)行小偏置碰撞的實(shí)驗(yàn)室寥寥無幾，尤其是對(duì)SUV這類的測(cè)試車輛。

4　問題的解決與討論

針對(duì)車輛小偏置碰撞試驗(yàn)中遇到的試驗(yàn)場(chǎng)地有限和固定剛體墻不能移動(dòng)等問題，提出以下解決方法：對(duì)現(xiàn)有試驗(yàn)場(chǎng)地進(jìn)行改造，以較低的成本投入實(shí)現(xiàn)設(shè)備功能的完善，以使小偏置碰撞試驗(yàn)?zāi)茼樌M(jìn)行。具體措施是將小偏置碰撞試驗(yàn)場(chǎng)地移至現(xiàn)有的車輛多角度對(duì)撞試驗(yàn)大廳（圖8），此場(chǎng)地具有足夠的空間，并且已建有為車輛翻滾試驗(yàn)鋪設(shè)好的多個(gè)地錨，地錨的強(qiáng)度經(jīng)核算能夠承受小偏置試驗(yàn)的沖擊力。根據(jù)IIHS提供的圖紙，將小偏置壁障的安裝方式由垂直安裝在固定剛體墻改為水平安裝在地錨上。該試驗(yàn)場(chǎng)地能滿足不同尺寸車輛進(jìn)行小偏置碰撞試驗(yàn)的要求。

圖8　車輛翻滾試驗(yàn)地錨和車輛對(duì)撞試驗(yàn)場(chǎng)地空間

為了滿足車輛小偏置正面碰撞試驗(yàn)對(duì)不同車輛寬度的要求，將小偏置壁障底部焊接有兩個(gè)相互平行的安裝支架（圖9），由緊固螺釘將安裝支架與地錨鎖緊在一起（圖10）。安裝支架采用分體式結(jié)構(gòu)，包括上壓塊、下壓塊、鎖緊塊和緊固螺釘（圖11），通過鎖緊螺釘將上壓塊與鎖緊塊鎖緊在一起，以防止上壓塊上下竄動(dòng)并可固定位置，同時(shí)，上壓塊可相對(duì)下壓塊左右移動(dòng)。試驗(yàn)前可根據(jù)車輛寬度左右調(diào)節(jié)小偏置壁障，以使小偏置壁障最外端對(duì)準(zhǔn)25%的汽車寬度。

5　試驗(yàn)驗(yàn)證

為驗(yàn)證上述試驗(yàn)方法的可行性，在新壁障系統(tǒng)安裝完成后進(jìn)行了一系列實(shí)車小偏置正面碰撞試驗(yàn)。除壁障系統(tǒng)外，測(cè)試車輛、試驗(yàn)裝置、設(shè)備儀器及試驗(yàn)后的測(cè)試和評(píng)估（包括結(jié)構(gòu)變形、假人傷害值及假人和約束系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)測(cè)量）等完全按照IIHS的要求和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。圖12為采用新壁障系統(tǒng)進(jìn)行小偏置碰撞試驗(yàn)的視頻載圖和照片。

從圖12可看出，碰撞后測(cè)試車輛與壁障已有相當(dāng)一段距離，若測(cè)試場(chǎng)地空間不足，在車輛完全停止移動(dòng)前可能會(huì)與周圍物體或建筑物發(fā)生二次碰撞，達(dá)不到小偏置正面碰撞試驗(yàn)的目的。

圖9　安裝支架位置示意

圖10　安裝支架下壓板與地錨安裝示意

圖11　上、下壓板安裝位置

圖12　采用新壁障系統(tǒng)進(jìn)行小偏置碰撞試驗(yàn)的視頻截圖和照片

6　結(jié)束語(yǔ)

由于受固定剛體墻位置和試驗(yàn)場(chǎng)地的條件限制，我國(guó)目前已有的整車碰撞實(shí)驗(yàn)室無法有效進(jìn)行車輛小偏置正面碰撞試驗(yàn)。基于此，利用現(xiàn)有汽車試驗(yàn)場(chǎng)地進(jìn)行簡(jiǎn)單改造，設(shè)計(jì)了一個(gè)小偏置壁障的地面輔助裝置，成功地將原先需垂直安裝在移動(dòng)剛體墻上的小偏置壁障水平安裝在輔助設(shè)備上再連接到地面，可根據(jù)被測(cè)試車輛的寬度調(diào)節(jié)壁障在導(dǎo)軌上的位置，并利用車輛對(duì)撞試驗(yàn)場(chǎng)地的寬闊空間，避免了車體碰撞后與周邊物體或建筑物發(fā)生的二次碰撞，解決了目前我國(guó)不能進(jìn)行小偏置正面碰撞試驗(yàn)的難題，為今后我國(guó)各主機(jī)廠進(jìn)行小偏置碰撞試驗(yàn)提供了借鑒。

參考文獻(xiàn)

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（責(zé)任編輯文楫）

修改稿收到日期為2016年2月17日。

主題詞：汽車小偏置正面碰撞測(cè)試

Experimental Research on Vehicle Small Overlap Frontal Crash in China

Chen Keming，Yue Zhongyao，Li Xueling
（Automotive Safety Technology Center，China Automotive Engineering Research Institute，Chongqing，400039）

【Abstract】To carry out vehicle small overlap frontal crash test，we develop a test auxiliary device and make simple transformation to the existing test ground，and successfully run the small overlap frontal crash test.Instead of being installed on the movable rigid wall vertically as originally designed，the small overlap barrier is installed on the newly designed auxiliary device horizontally，which is then firmly mounted on the ground.The test is run on the open space of the crash hall to avoid the second crash on the testing vehicle.It turns out that results meet the standards set by the Insurance Institute of Highway Safety（IIHS），and in this way，it also solves the knotty problem that China cannot do it before.

Key words:Vehicle，Small overlap frontal crash，Test

中圖分類號(hào)：U467.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1000-3703（2016）05-0047-05