客車與乘用車側(cè)面碰撞試驗(yàn)相容性實(shí)例分析

胡經(jīng)國,張曉龍，丁冉冉,朱曉勇，陳亞依,杜志豪,周杭衛(wèi)

(卡達(dá)克機(jī)動車質(zhì)量檢驗(yàn)中心(寧波)有限公司,浙江寧波 315336)

0 引言

隨著被動安全行業(yè)的發(fā)展，在法規(guī)方面更為完善，對車輛的安全性要求逐漸提高。目前發(fā)生碰撞時車輛對乘員的保護(hù)水平也已顯著提高，但是在車輛與車輛發(fā)生碰撞時，兩輛車的結(jié)構(gòu)損壞情況及對兩車內(nèi)的乘員傷害程度往往不同，尤其是當(dāng)質(zhì)量相差較大的車輛發(fā)生碰撞時，這種現(xiàn)象更為明顯。這種差異在很大程度上歸因于碰撞雙方車輛在質(zhì)量、剛度和幾何形狀方面的差異，導(dǎo)致碰撞的不相容[1]。車輛之間碰撞的相容性是指不同類型的車輛發(fā)生碰撞時，雙方車輛都能對彼此的車內(nèi)乘員提供相同的安全保護(hù)級別[1]。

1 研究的必要性

由于道路車輛情況復(fù)雜，事故形式多樣，發(fā)生碰撞不相容情況的事故較多，在城市道路上，由于客車與乘用車形成了較為明顯的整備質(zhì)量間的差異，最容易發(fā)生碰撞不相容的情況。從車輛在質(zhì)量、剛度和幾何形狀三個方面的差異來看[1]，由于客車底盤高度與小型汽車相差不大，小型汽車不會發(fā)生鉆入客車車底的情況，且客車車身整體均為平面，幾何形狀影響較小，而整備質(zhì)量及前端剛度的差異對于碰撞的結(jié)果起著至關(guān)重要的作用[1]。

2 研究方法

因乘用車之間的質(zhì)量差異不是很明顯，對其碰撞相容性分析帶來一定難度；而乘用車與客車之間的質(zhì)量差異，在受到相同程度的撞擊時，會比較明顯的顯示兩者的優(yōu)劣。

乘用車側(cè)面碰撞試驗(yàn)所使用的移動壁障，其前端安裝的蜂窩鋁通過設(shè)計(jì)形狀、尺寸、密度、材料等參數(shù)來模擬實(shí)際車輛的前端變形區(qū)域，移動壁障剛性區(qū)域模擬實(shí)車的乘員艙等非變形部分[2],側(cè)面碰撞臺車質(zhì)量要求為(950±20) kg[3]。

GB 20071-2006《汽車側(cè)面碰撞的乘員保護(hù)》[3]中的試驗(yàn)為側(cè)面碰撞試驗(yàn)，通過移動壁障與車輛進(jìn)行90°側(cè)面碰撞的形式來模擬實(shí)車與車輛的90°側(cè)面碰撞，評估被試驗(yàn)車輛結(jié)構(gòu)及其內(nèi)乘員的傷害情況來考核被試驗(yàn)車輛的側(cè)面碰撞性能。

工信部裝[2016]377號文《電動客車安全技術(shù)條件》[4]中,第C.3.2項(xiàng)要求移動變形壁障的特性應(yīng)符合GB 20071-2006附錄C規(guī)定的特性。第C.4項(xiàng)要求在碰撞瞬間，移動變形壁障的速度應(yīng)為(50±1) km/h，該試驗(yàn)速度與GB 20071-2006中的相同。在移動壁障相同及碰撞速度相同的前提下，乘用車與電動客車側(cè)面碰撞只有被撞車輛及考核內(nèi)容不同。雖然該文件主要是用來考核電動客車的電安全要求，但對于研究乘用車與客車的碰撞相容性也有著重要的實(shí)際意義。

文中將通過整理多次乘用車側(cè)面碰撞試驗(yàn)的車身非碰撞側(cè)加速度值，并對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行整理分析。同時，還將測量多次電動客車側(cè)面碰撞試驗(yàn)的臺車質(zhì)心的加速度值，與乘用車側(cè)面碰撞試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比分析，并結(jié)合側(cè)面碰撞臺車前端蜂窩鋁的變形情況，研究乘用車與客車碰撞時的相容性。

3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

3.1 加速度峰值

對進(jìn)行側(cè)面碰撞試驗(yàn)的40輛乘用車的整備質(zhì)量及非碰撞側(cè)車身加速度值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，整備質(zhì)量在800～1 800 kg之間，所有試驗(yàn)樣品的加速度值和乘用車整備質(zhì)量分布情況如圖1所示。

圖1 車身加速度值和乘用車整備質(zhì)量分布情況

為了使整備質(zhì)量與峰值加速度能夠較好地顯示在同一個圖片中，圖中整備質(zhì)量值是實(shí)際整備質(zhì)量乘以0.005后的結(jié)果。圖中擬合線由所有峰值加速度值趨勢線通過快速傅里葉變換[5]的方法得出。從圖中可以看出，隨著整備質(zhì)量的增加，車輛峰值加速度的整體呈現(xiàn)了下降的趨勢，剛開始下降較為明顯，中間部分整體呈下降趨勢，但有較為明顯的波動，后部下降趨勢又較為明顯。

為了對數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析，將所有樣品按照整備質(zhì)量分為六組，第一組試驗(yàn)樣品1—3號質(zhì)量為800 kg(700～900 kg)左右；第二組4—17號為1 000 kg(900～1 100 kg)左右；第三組18—33號為1 200 kg(1 100～1 300 kg)左右；第四組34—37號為1 400 kg(1 300～1 500 kg)左右；第五組38號為1 600 kg(1 500～1 700 kg)左右；第六組39—40號為1 800 kg(1 700～1 900 kg)左右。將每組的峰值加速度值取平均值。整備質(zhì)量與峰值加速度值如圖2所示。

圖中整備質(zhì)量值仍是實(shí)際整備質(zhì)量乘以0.005后的結(jié)果。從圖2可以看出，隨著車輛整備質(zhì)量的增加，車身非碰撞側(cè)所承受的峰值加速度平均值是逐漸降低的。由于臺車質(zhì)量加上蜂窩鋁質(zhì)量后在1 000 kg左右[3]，與試驗(yàn)樣品第2組質(zhì)量近似，從圖2中可以看出，整備質(zhì)量從800 kg增加到1 000 kg，車身加速度降低值較為明顯；而從1 000 kg增加到1 200 kg，車身承受的加速度峰值降低較少；而從第4組即整備質(zhì)量為1 400 kg之后，車身承受的峰值加速度比1 000 kg左右有明顯的降低。即在被撞車輛整備質(zhì)量高于1 400 kg時，臺車所承受的峰值加速度及需要吸收的碰撞能量[6]將明顯增加。

圖2 車身加速度值和乘用車整備質(zhì)量對比情況

目前市場上的客車整備質(zhì)量為12 000 kg左右，遠(yuǎn)高于文中提到的會使臺車所承受的碰撞能量明顯增加的1 400 kg。采集客車側(cè)面碰撞試驗(yàn)的臺車質(zhì)心加速度值，并與乘用車非碰撞側(cè)車身加速度值進(jìn)行對比，如圖3所示。

圖3 乘用車與客車相關(guān)加速度值分布情況

圖3為將所采集的9次臺車質(zhì)心加速度與圖1中乘用車側(cè)面碰撞試驗(yàn)中所承受的峰值加速度進(jìn)行對比。發(fā)現(xiàn)當(dāng)臺車與客車進(jìn)行側(cè)面碰撞試驗(yàn)時，其質(zhì)心處的峰值加速度也基本穩(wěn)定在乘用車側(cè)面碰撞時車輛產(chǎn)生的最大加速度值30g左右。

3.2 蜂窩鋁變形

相同質(zhì)量的臺車以相同的速度分別與乘用車和客車進(jìn)行側(cè)面碰撞試驗(yàn)后，臺車上的蜂窩鋁變形情況如圖4所示。

從圖4中可以看出：乘用車移動壁障碰撞蜂窩鋁表面并未發(fā)生完全變形，仍有變形吸能的空間，而客車移動壁障碰撞后蜂窩鋁已發(fā)生完全變形，從兩者對比看，撞擊客車的臺車吸收的能量更多，反映出撞擊力度與持續(xù)時間更長。蜂窩鋁的完全壓潰對應(yīng)于1 000 kg左右的實(shí)車來說，其前部發(fā)動機(jī)艙已經(jīng)產(chǎn)生了嚴(yán)重的擠壓變形，而前部壓潰區(qū)域?qū)τ诔藛T艙的侵入量將產(chǎn)生重要的影響，從而對駕駛員的傷害將大大提高[7]。

圖4 蜂窩鋁變形情況對比

相同的一輛車在撞擊不同質(zhì)量的車時，撞擊質(zhì)量較大的車時自身需要吸收的能量要更大，對自己更加不利。

從以上分析得出：當(dāng)臺車所模擬的車輛與客車進(jìn)行碰撞時，不僅其車身承受了較大的碰撞加速度，會對乘員產(chǎn)生更為嚴(yán)重的傷害(這種情況下為保護(hù)乘員安全，會對乘員的約束系統(tǒng)提出更高的要求[8])，而且其前部變形區(qū)域壓潰嚴(yán)重，會造成乘員艙前圍板及方向盤腳踏板等較大的侵入量[7]，這種碰撞形式對于乘用車來說非常不利。在市區(qū)道路上行駛時，乘用車應(yīng)遠(yuǎn)離道路上的客車，避免發(fā)生碰撞。

4 結(jié)論

當(dāng)乘用車與客車發(fā)生碰撞時，乘用車與客車的碰撞相容性較差，乘用車處于明顯不利的地位。乘用車的前圍板及方向盤腳踏板等將會產(chǎn)生較大的侵入量，車身將承受較高的碰撞加速度，要吸收更多的能量，會對駕駛員及乘員產(chǎn)生較為嚴(yán)重的傷害。在道路上行駛時，乘用車應(yīng)避免與客車發(fā)生碰撞，以保證自身的生命財(cái)產(chǎn)安全。