國(guó)產(chǎn)某SUV車(chē)頂抗壓性能試驗(yàn)研究

胥峰，陳偉艷，吳云兵，林德強(qiáng)

（卡達(dá)克機(jī)動(dòng)車(chē)質(zhì)量檢驗(yàn)中心（寧波）有限公司，浙江 寧波 315336）

前言

汽車(chē)滾翻事故是單車(chē)事故的一種主要表現(xiàn)形式，主要是由汽車(chē)駛離路面或高速轉(zhuǎn)彎引起的，其事故的死亡率遠(yuǎn)高于其他形式的道路交通事故死亡率[1]。汽車(chē)滾翻過(guò)程中，車(chē)頂受到受沖擊載荷作用發(fā)生大變形并侵入乘客區(qū)域，使得乘員生存空間變小，容易對(duì)乘員造成傷害。大量研究表明，車(chē)頂強(qiáng)度偏弱是引起乘員頭部和頸部受傷的直接原因[2]。

汽車(chē)頂蓋作為整個(gè)車(chē)身最大的覆蓋件，連接著白車(chē)身的A、B、C柱等重要部位，不但影響著整車(chē)外形美觀，更在保持車(chē)身結(jié)構(gòu)，保護(hù)乘員安全等方面起著尤為重要的作用[3]。目前評(píng)價(jià)汽車(chē)車(chē)頂抗壓性能的技術(shù)法規(guī)中，主要有美國(guó)汽車(chē)安全技術(shù)法規(guī)FMVSS 216《車(chē)頂抗壓強(qiáng)度》和美國(guó)汽車(chē)工程師學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)SAE J996《整車(chē)跌落試驗(yàn)》。在參考FMVSS 216《車(chē)頂抗壓強(qiáng)度》的基礎(chǔ)上，我國(guó)在2011年初頒布并于2012年實(shí)施了GB 26134-2010《乘用車(chē)頂部抗壓強(qiáng)度》。

本文依據(jù)升級(jí)版的美國(guó)汽車(chē)安全技術(shù)法規(guī)FMVSS 216a《車(chē)頂抗壓強(qiáng)度》，對(duì)國(guó)產(chǎn)某SUV白車(chē)身實(shí)施了汽車(chē)頂部抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，并對(duì)其結(jié)果進(jìn)行分析與評(píng)價(jià)。

1 法規(guī)解讀

從世界范圍來(lái)看，美國(guó)在轎車(chē)的翻滾安全試驗(yàn)程序開(kāi)發(fā)及研究相對(duì)成熟。目前，全球已正式納入國(guó)家國(guó)家翻滾試驗(yàn)法規(guī)的右美國(guó)的FMVSS 208《滑車(chē)翻滾試驗(yàn)》及FMVSS 216《車(chē)頂抗壓強(qiáng)度》。其中，F(xiàn)MVSS 208試驗(yàn)屬于可選范疇，并無(wú)強(qiáng)制性檢測(cè)要求；而FMVSS 216試驗(yàn)為強(qiáng)制性檢測(cè)法規(guī)，適用范圍內(nèi)的所有汽車(chē)都必須強(qiáng)制執(zhí)行。因此，F(xiàn)MVSS 216《車(chē)頂抗壓強(qiáng)度》是當(dāng)前全球關(guān)于車(chē)輛翻滾安全的最有影響力的法規(guī)[4]。

1971年，NHTSA發(fā)布了FMVSS 216法規(guī)，迄今已強(qiáng)制執(zhí)行約40年[5-6]，該法規(guī)在準(zhǔn)靜態(tài)條件下開(kāi)展，主要考察汽車(chē)頂蓋抵抗侵入變形的能力。試驗(yàn)裝置的尺寸及安裝角度如圖1所示，加載壓頭為矩形鋼板，其尺寸為762mm×1829mm，加載角度為5°俯仰角及25°傾斜角，以不超過(guò)13mm/s的速度對(duì)單側(cè)頂蓋持續(xù)進(jìn)行加載。技術(shù)法規(guī)要求，當(dāng)車(chē)頂承受的載荷達(dá)到樣車(chē)整備質(zhì)量的1.5倍或22240N（兩者相比取較小值）時(shí)，加載壓板下表面的位移不得超過(guò)127 mm。

圖1 加載示意圖

2009年，NHTSA發(fā)布了FMVSS 216法規(guī)的升級(jí)版[7]，并于2012年9月起逐步實(shí)施。該法規(guī)的升級(jí)版的改進(jìn)方面主要包括以下幾點(diǎn)：第一，頂蓋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)提高，對(duì)于整備質(zhì)量在2722kg以內(nèi)的車(chē)輛，原法規(guī)的強(qiáng)質(zhì)比（SWR, 加載強(qiáng)度與整備質(zhì)量的比值）要求是 1.5倍，而升級(jí)后強(qiáng)質(zhì)比要求提高到3倍；第二，適用范圍擴(kuò)大，對(duì)于整備質(zhì)量在2722kg以上的車(chē)輛，原有法規(guī)不作檢測(cè)要求，而升級(jí)版將對(duì)整備質(zhì)量在2722-4536kg進(jìn)行檢測(cè)，且強(qiáng)質(zhì)比要求為1.5倍；第三，原有法規(guī)僅執(zhí)行單側(cè)頂蓋抗壓，而升級(jí)版則要求頂蓋兩側(cè)都接收抗壓測(cè)試，車(chē)輛兩側(cè)頂蓋試驗(yàn)分開(kāi)操作，一側(cè)加載完成后再開(kāi)始另一側(cè)的加載；第四，對(duì)頭部生存空間提出了具體要求。

我國(guó)于2011年頒布了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 26134—2010《乘用車(chē)頂部抗壓強(qiáng)度》，標(biāo)準(zhǔn)的起始實(shí)施日期為2012年1月1日。標(biāo)準(zhǔn)參考美國(guó)汽車(chē)安全技術(shù)法規(guī) FMVSS 216《頂部抗壓強(qiáng)度》制定，主要性能要求與其保持一致，標(biāo)準(zhǔn)指出汽車(chē)頂蓋應(yīng)能樣車(chē)整備質(zhì)量1.5倍的準(zhǔn)靜態(tài)載荷或22240N（取兩者之間的較小值）時(shí)，樣車(chē)頂部變形不得超過(guò)127 mm。

2 試驗(yàn)程序

依據(jù)FMVSS 216a《頂部抗壓強(qiáng)度》標(biāo)準(zhǔn)對(duì)國(guó)產(chǎn)某SUV白車(chē)身進(jìn)行車(chē)頂抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，內(nèi)容包括樣車(chē)準(zhǔn)備、樣車(chē)固定及載荷施加等。

2.1 測(cè)試設(shè)備

本次試驗(yàn)設(shè)備采用中國(guó)汽車(chē)技術(shù)研究中心研制的型號(hào)為ACT1413的乘用車(chē)頂部靜壓試驗(yàn)臺(tái)，主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。車(chē)頂部靜壓試驗(yàn)臺(tái)主要由試驗(yàn)臺(tái)體，加載系統(tǒng)，位置調(diào)整系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成，可依據(jù)GB 26134、FMVSS 216、FMVSS 216a等標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)進(jìn)行乘用車(chē)車(chē)頂抗壓強(qiáng)度測(cè)試。

表1 試驗(yàn)臺(tái)主要技術(shù)參數(shù)

2.2 樣品準(zhǔn)備及固定

試驗(yàn)樣品為國(guó)內(nèi)某主機(jī)廠生產(chǎn)的SUV白車(chē)身，白車(chē)身的車(chē)窗及門(mén)鎖等部件應(yīng)保持完整。同時(shí)，試驗(yàn)前應(yīng)拆除車(chē)身頂部行李架。

按照?qǐng)D1所示調(diào)整好加載壓板的安裝角度，鎖緊角度調(diào)整螺栓以保證加載過(guò)程中安裝角度不變。將白車(chē)身放置于水平的剛性地板之上，通過(guò)試驗(yàn)程序控制面板按調(diào)降下加載壓板，直至接近車(chē)頂表面。調(diào)整樣車(chē)位置，保證加載設(shè)備下表面的縱向中心線在與車(chē)頂接觸的初始接觸點(diǎn)上，同時(shí)保證加載壓板上車(chē)身寬度方向的刻度線（距壓板最前端254mm）對(duì)齊樣車(chē)上部的擋風(fēng)玻璃裝飾條，位置精度保持在10 mm范圍內(nèi)。

調(diào)整好相對(duì)位置后，繼續(xù)下移加裝裝置，直至加載壓板下表面與車(chē)頂完全接觸。在側(cè)向方向上，對(duì)車(chē)輛施加剛性固定，以避免載荷施加過(guò)程中車(chē)輛或車(chē)身的側(cè)向移動(dòng)，如圖 2所示；為防止試驗(yàn)過(guò)程中車(chē)身在前后方向上發(fā)生移動(dòng)，前后各通過(guò)2根張緊繩加以固定，如圖3所示。

圖2 車(chē)身側(cè)向固定

圖3 前后方向固定

完成車(chē)身固定后應(yīng)關(guān)閉所有車(chē)窗、關(guān)閉并鎖好所有車(chē)門(mén)。

2.3 施加載荷

按照委托企業(yè)的要求，將加載速度設(shè)定為5mm/s，將加載目標(biāo)定義為加載壓板下移 140mm（注：比法規(guī)要求的127mm嚴(yán)格）。試驗(yàn)過(guò)程中，加載壓板安裝角度保持不變并作直線運(yùn)動(dòng)，加載時(shí)間不超過(guò)120s。

3 試驗(yàn)結(jié)果與評(píng)價(jià)

加載后的樣車(chē)狀況及試驗(yàn)曲線分別如圖4、圖5所示。

圖4 試驗(yàn)后樣車(chē)狀況

圖5 載荷&位移隨時(shí)間變化曲線

美國(guó)公路安全保險(xiǎn)協(xié)會(huì)（IIHS）提出的車(chē)頂強(qiáng)度星級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn) IIHS-NCAP將車(chē)頂能承受最大強(qiáng)度為整車(chē)整備質(zhì)量的2.5倍以下的車(chē)輛等級(jí)評(píng)價(jià)為差，2.5～3.25倍為及格，3.25～4倍為良好，4倍以上為優(yōu)秀。

試驗(yàn)過(guò)程中的最大載荷為 79709N，樣車(chē)的整備質(zhì)量為1800kg，因此強(qiáng)質(zhì)比為：

其中：

SWR——強(qiáng)質(zhì)比；

Fmax——加載過(guò)程中載荷最大值，單位為N；

M——樣車(chē)整備質(zhì)量，單位為kg；

g——重力系數(shù)，單位為m/s2。

從加載后的試驗(yàn)照片圖4可以看出，白車(chē)身結(jié)構(gòu)依然保持較好的完整性，能為乘員提供較好的保護(hù)；從計(jì)算結(jié)果可以看出，強(qiáng)質(zhì)比的結(jié)果為 4.5，樣車(chē)車(chē)頂抗壓性能達(dá)到了IIHS-NCAP評(píng)價(jià)的優(yōu)秀級(jí)別。

4 結(jié)論

本文解讀了乘用車(chē)車(chē)頂抗壓強(qiáng)度相關(guān)法規(guī)，介紹了該試驗(yàn)的相關(guān)設(shè)備，并詳細(xì)闡述了試驗(yàn)的樣車(chē)準(zhǔn)備、車(chē)身固定方式及載荷施加方法。在此基礎(chǔ)上對(duì)國(guó)產(chǎn)某SUV白車(chē)身進(jìn)行了頂部抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，結(jié)果表明該樣車(chē)的頂部抗壓性能達(dá)到了IIHS-NCAP的優(yōu)秀級(jí)別。從側(cè)面可以看出，國(guó)產(chǎn)整車(chē)企業(yè)在車(chē)身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造工藝等方面取得了很大進(jìn)步。

[1] 張維剛,何文,鐘志華.車(chē)輛乘員碰撞安全保護(hù)技術(shù)[M].長(zhǎng)沙：湖南大學(xué)出版社, 2007.

[2] RAINS G C, KANIANTHRA J N. Determination of the Significance of Roof Crush on Head and Neck Injury to Passenger Vehicle Occupants in Rollover Crashes[J]. SAE Paper 950655.

[3] 張小云,張延松.轎車(chē)白車(chē)身頂側(cè)圍連接方式研究[J],電焊機(jī),2011,07：50-53.

[4] 彭倩.轎車(chē)準(zhǔn)靜態(tài)頂蓋抗壓及動(dòng)態(tài)翻滾虛擬試驗(yàn)研究[D].長(zhǎng)沙：湖南大學(xué)學(xué)位論文,2012：11.

[5] Office of the Federal Register. Federal Register, vol. 36, no. 236, pp.23299-23300.National Highway Traffic Safety Administration-Final rule.Docket no.2-6,Notice 5;49 CFR Part 571-Motor Vehicle Safety Standards.Washington,DC：National Archives and Records Adminis-tration, 1971.

[6] Office of the Federal Register. Federal Register, vol. 56, no. 74, pp.15510-15517.National Highway Traffic Safety Administration-Final rule. Docket no. 89-22, Notice 03; 49 CFR Part 571 - Motor Vehicle Safety Standards, Roof Crush Resistance. Washington, DC： Nation-al Archives and Records Administration, 1991.

[7] Federal Motor Vehicle Safety Standard No.216-Roof Crush Resis tance,49 CFR Parts 571 and 585, May 12, 2009-Federal Motor Vehi-cle Safety Standards, Roof Crush Resistance. Washington, DC： Na-tional Archives and Records Administration.