N1類(lèi)車(chē)對(duì)乘員保護(hù)情況的研究

杜志豪,胡經(jīng)國(guó)，朱曉勇, 李小寧，丁冉冉

(中汽研汽車(chē)檢驗(yàn)中心(寧波)有限公司,浙江寧波 315336)

0 引言

汽車(chē)安全標(biāo)準(zhǔn)的持續(xù)推出大大促進(jìn)了我國(guó)汽車(chē)碰撞安全技術(shù)的發(fā)展，而由于汽車(chē)安全技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，車(chē)輛正面碰撞中車(chē)輛的耐撞性和乘員保護(hù)能力有了顯著的改善和提高。但是仍有正碰事故造成較大的傷害。就目前而言，正面碰撞大多為100%剛性壁障碰撞和40%可變性壁障碰撞[1]。相關(guān)統(tǒng)計(jì)資料表明，國(guó)內(nèi)正面碰撞發(fā)生的概率接近50%[2]。

國(guó)內(nèi)對(duì)汽車(chē)被動(dòng)安全的研究起步相對(duì)比較晚，主要是參照歐洲ECE系列相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)制定和執(zhí)行[3]。其中正面碰撞的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)是GB 11551-2014《汽車(chē)正面碰撞的乘員保護(hù)》。GB 11551-2014《汽車(chē)正面碰撞的乘員保護(hù)》相較GB 11551-2003《乘用車(chē)正面碰撞的乘員保護(hù)》的一個(gè)重要變化是試驗(yàn)范圍不再僅限于M1類(lèi)汽車(chē)，而是擴(kuò)展為最大設(shè)計(jì)總質(zhì)量不大于2 500 kg的N1類(lèi)汽車(chē)，以及多用途貨車(chē)。這體現(xiàn)了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或市場(chǎng)對(duì)載貨汽車(chē)對(duì)乘員保護(hù)的重視，同時(shí)對(duì)消費(fèi)者具有重要的參考意義。但是正面碰撞后假人性能指標(biāo)并不完全相同： M1類(lèi)有6項(xiàng)7個(gè)性能指標(biāo)，但N1類(lèi)只有3項(xiàng)4個(gè)性能指標(biāo)。

但實(shí)際的碰撞事故中，并不因乘員乘坐了N1類(lèi)車(chē)后就會(huì)減少對(duì)乘員的傷害，所以考察N1類(lèi)車(chē)在假人性能評(píng)價(jià)指標(biāo)方面，按照M1類(lèi)車(chē)的標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)會(huì)有什么樣的結(jié)果是非常有必要的。

本文作者將以31次N1類(lèi)車(chē)的正面碰撞試驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，并加入了M1類(lèi)車(chē)的3項(xiàng)考察指標(biāo)進(jìn)行分析。

1 試驗(yàn)方法

GB 11551-2014《汽車(chē)正面碰撞的乘員保護(hù)》中：M1類(lèi)有6項(xiàng)，包括頭部性能與頭合成加速度、頸部傷害指標(biāo)、頸部對(duì)Y軸彎矩、胸部壓縮指標(biāo)、胸部黏性指標(biāo)和大腿壓縮力指標(biāo)，其中3項(xiàng)N1類(lèi)不予考核，分別是頸部傷害指標(biāo)、頸部對(duì)Y軸彎矩和胸部黏性指標(biāo)。

汽車(chē)被動(dòng)安全的研究方法主要有試驗(yàn)法和仿真分析法。試驗(yàn)法是通過(guò)直接模擬汽車(chē)或零部件在碰撞事故中的表現(xiàn)來(lái)進(jìn)行研究，優(yōu)點(diǎn)是客觀、直接、可靠性高[4]。近年來(lái)作者進(jìn)行了多次N1類(lèi)車(chē)型的碰撞試驗(yàn)。在按照GB 11551-2014 《汽車(chē)正面碰撞的乘員保護(hù)》中的對(duì)N1類(lèi)車(chē)的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行N1類(lèi)車(chē)的正面碰撞試驗(yàn)同時(shí)，作者也采集了試驗(yàn)假人的頸部傷害指標(biāo)、頸部對(duì)Y軸彎矩和胸部黏性指標(biāo)。該3項(xiàng)性能指標(biāo)不納入N1類(lèi)汽車(chē)正面碰撞對(duì)乘員保護(hù)的考核中，但是屬于M1類(lèi)汽車(chē)正面碰撞對(duì)乘員的保護(hù)的考核性能指標(biāo)。

GB 11551-2014《汽車(chē)正面碰撞的乘員保護(hù)》中，對(duì)于處于前排外側(cè)座位的假人，其性能指標(biāo)應(yīng)符合下列要求[5]：(1)頭部性能指標(biāo)(HPC)不應(yīng)大于1 000，并且頭部合成加速度大于80g的時(shí)間，累計(jì)不應(yīng)超過(guò)3 ms，但不包括頭部反彈；(2)頸部傷害指標(biāo)(NIC)不應(yīng)大于其限值曲線；(3)頸部對(duì)Y軸彎矩在伸張方向應(yīng)不大于57 N·m；(4)胸部壓縮指標(biāo)(ThCC)應(yīng)不大于75 mm；(5)胸部黏性指標(biāo)(V·C)應(yīng)不大于1.0 m/s；(6)大腿壓縮力指標(biāo)(FFC)應(yīng)不高于其性能指標(biāo)曲線。

其中對(duì)于N1類(lèi)車(chē)以及多用途貨車(chē)，第(2)(3)(5)的規(guī)定不做要求。本文作者以N1類(lèi)車(chē)的試驗(yàn)為基礎(chǔ)，將第(2)(3)(5)的規(guī)定納入要求，即以M1類(lèi)車(chē)的指標(biāo)考察N1類(lèi)車(chē)的情況。

2 數(shù)據(jù)研究方法

雖然M1類(lèi)車(chē)和N1類(lèi)車(chē)假人性能指標(biāo)的考察項(xiàng)不同，但可以用M1的性能指標(biāo)來(lái)考察N1類(lèi)車(chē)的情況。即以N1類(lèi)車(chē)的試驗(yàn)為基礎(chǔ)，將上述第(2)、(3)、(5)的規(guī)定納入要求，以M1類(lèi)車(chē)的指標(biāo)考察N1類(lèi)車(chē)對(duì)乘員的保護(hù)情況。

作者對(duì)近年來(lái)進(jìn)行的31次N1類(lèi)車(chē)的正面碰撞數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。按照當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)N1類(lèi)的假人指標(biāo)進(jìn)行評(píng)判，其中有17次試驗(yàn)中的所有數(shù)據(jù)都達(dá)標(biāo)，達(dá)標(biāo)率為54.8%。如果按照M1類(lèi)車(chē)對(duì)假人指標(biāo)進(jìn)行評(píng)判，只有9次達(dá)標(biāo)，達(dá)標(biāo)率為29.0%。如果僅考慮N1已經(jīng)達(dá)標(biāo)的情況，滿足N1類(lèi)車(chē)指標(biāo)的17次試驗(yàn)，有9次能滿足M1類(lèi)車(chē)的指標(biāo)要求，達(dá)標(biāo)率為52.9%，換言之，有近一半合格的N1類(lèi)車(chē)輛無(wú)法達(dá)到M1類(lèi)車(chē)輛對(duì)假人性能指標(biāo)的要求。

圖1給出了所有的31次試驗(yàn)中，M1類(lèi)車(chē)的7個(gè)性能指標(biāo)(頭部性能指標(biāo)HPC與頭部3 ms加速度分開(kāi)評(píng)估)的不合格次數(shù)與N1類(lèi)車(chē)的4個(gè)考察項(xiàng)目的不合格次數(shù)?？梢园l(fā)現(xiàn)，不屬于N1類(lèi)車(chē)但屬于M1類(lèi)車(chē)考核指標(biāo)的頸部NIC(Fz)、頸部Y軸伸張和胸部黏性指標(biāo)3項(xiàng)指標(biāo)均有超標(biāo)的情況。其中，頸部Y軸伸張超標(biāo)次數(shù)最多，在所有的N1類(lèi)車(chē)評(píng)價(jià)合格但M1類(lèi)車(chē)評(píng)價(jià)不合格次數(shù)(14次)中占了11次。

圖1 31次N1類(lèi)車(chē)不同考核標(biāo)準(zhǔn)不合格次數(shù)統(tǒng)計(jì)

由于第(1)(3)(4)(5)4項(xiàng)性能指標(biāo)為靜態(tài)值(即該項(xiàng)指標(biāo)的要求上限值是一個(gè)固定不變的數(shù)值)，即考察項(xiàng)只需滿足數(shù)值要求即可，方便進(jìn)行直觀展示，故作者先觀察該4項(xiàng)的結(jié)果。

圖2—圖6分別給出了31次試驗(yàn)中4項(xiàng)性能指標(biāo)的結(jié)果分布，包括假人頭部3 ms加速度數(shù)值、假人頭部性能指標(biāo)HPC、頸部Y軸彎矩、胸部壓縮指標(biāo)、胸部黏性指標(biāo)。

圖2給出了31次試驗(yàn)中假人頭部3 ms加速度數(shù)值的情況， GB 11551-2014 《汽車(chē)正面碰撞的乘員保護(hù)》中規(guī)定不得超過(guò)80g。駕駛員有10次超標(biāo)，前排乘員有5次超標(biāo)，其中有4次是駕駛員和前排乘員同時(shí)超標(biāo)。在所有的超標(biāo)數(shù)據(jù)中，最差的一個(gè)數(shù)據(jù)加速度數(shù)值甚至達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)要求上限值的2倍。由于該數(shù)據(jù)是M1類(lèi)車(chē)輛和N1類(lèi)車(chē)輛的共同考察指標(biāo)，該指標(biāo)不達(dá)標(biāo)則該車(chē)型不達(dá)標(biāo)，要求相同，故這里不做贅述。

圖3給出了31次試驗(yàn)中假人頭部性能指標(biāo)HPC的情況。GB 11551-2014 《汽車(chē)正面碰撞的乘員保護(hù)》中規(guī)定頭部性能指標(biāo)HPC不得超過(guò)1 000。其計(jì)算方法為

其中：a為頭部合成加速度，用g來(lái)表示(1g=9.81 m/s2)；如果能夠確定頭部起始接觸時(shí)刻，那么t1和t2為兩個(gè)時(shí)刻(以s為單位)，表示頭部接觸起點(diǎn)與記錄結(jié)束兩個(gè)時(shí)刻之間的某一段時(shí)間間隔，在該時(shí)間間隔內(nèi)HPC值應(yīng)為最大；如果不能確定頭部起始接觸時(shí)刻，那么t1和t2為兩個(gè)時(shí)刻(以s為單位)，表示記錄開(kāi)始與記錄結(jié)束兩個(gè)時(shí)刻之間的某一段時(shí)間間隔，在該時(shí)間間隔內(nèi)HPC值應(yīng)為最大；t1-t2≤36 ms。

圖3 假人頭部性能指標(biāo)

從該項(xiàng)數(shù)據(jù)的表現(xiàn)看，駕駛員超標(biāo)4次，前排乘員超標(biāo)6次，其中駕駛員和前排乘員同時(shí)超標(biāo)2次。該指標(biāo)同樣是M1類(lèi)車(chē)和N1類(lèi)車(chē)共同考察項(xiàng)，這里對(duì)該項(xiàng)結(jié)果不做贅述。

圖4給出了31次試驗(yàn)中假人頸部Y軸彎矩的情況。GB 11551-2014 《汽車(chē)正面碰撞的乘員保護(hù)》中規(guī)定頸部Y軸彎矩不得超過(guò)57 N·m。該項(xiàng)指標(biāo)僅用來(lái)考核M1類(lèi)車(chē)，不考核N1類(lèi)車(chē)。該項(xiàng)指標(biāo)駕駛員超標(biāo)次數(shù)略多于前排乘員的超標(biāo)次數(shù)。同時(shí)，駕駛員和前排乘員的超標(biāo)很多時(shí)候是同時(shí)出現(xiàn)的。具體不合格情況如下：駕駛員超標(biāo)9次，前排乘員超標(biāo)6次，駕駛員和前排乘員同時(shí)超標(biāo)5次。由于該項(xiàng)是僅對(duì)M1類(lèi)車(chē)有要求，對(duì)N1車(chē)不做要求。如果只看N1類(lèi)車(chē)已經(jīng)合格的試驗(yàn)(17次)，也有5次不合格(2次單駕駛員不合格，3次駕駛員和前排乘員同時(shí)不合格)，占比將近1/3；上述17次符合N1類(lèi)車(chē)要求但不符合M1類(lèi)車(chē)要求的次數(shù)為8，占比超過(guò)1/2。也就是說(shuō)頸部Y軸彎矩超標(biāo)是導(dǎo)致(合格的)N1類(lèi)車(chē)不符合M1類(lèi)車(chē)標(biāo)準(zhǔn)的重要原因。

圖4 假人頸部Y軸彎矩

圖5給出了31次試驗(yàn)中假人胸部壓縮指標(biāo)的情況。GB 11551-2014 《汽車(chē)正面碰撞的乘員保護(hù)》中規(guī)定胸部壓縮指標(biāo)不得超過(guò)75 mm。該項(xiàng)指標(biāo)是M1類(lèi)車(chē)和N1類(lèi)車(chē)的共同考察項(xiàng)。由圖5可以看出，所有的31次試驗(yàn)中，都在標(biāo)準(zhǔn)要求的上限范圍內(nèi)?？偟膩?lái)說(shuō)，該項(xiàng)指標(biāo)31個(gè)N1類(lèi)車(chē)樣本表現(xiàn)良好。

圖5 假人胸部壓縮指標(biāo)

圖6給出了31次試驗(yàn)中假人胸部黏性指標(biāo)的情況。GB 11551-2014 《汽車(chē)正面碰撞的乘員保護(hù)》中規(guī)定胸部黏性指標(biāo)不得超過(guò)1.0 m/s。該項(xiàng)指標(biāo)是僅考核M1類(lèi)車(chē)，不考核N1類(lèi)車(chē)。該項(xiàng)數(shù)據(jù)上，駕駛員4次超標(biāo)，前排乘員沒(méi)有出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象。符合N1類(lèi)車(chē)要求的樣車(chē)中，有2次該項(xiàng)數(shù)據(jù)不合格。

圖6 假人胸部黏性指標(biāo)

如前所述，31次試驗(yàn)中，有17次是合格的(即滿足N1類(lèi)車(chē)的要求)，其中，這17次合格中有9次也滿足M1類(lèi)車(chē)的要求，有8次不滿足M1類(lèi)車(chē)的要求，不滿足的指標(biāo)見(jiàn)表1?？梢钥吹剑i部傷害指標(biāo)NIC超標(biāo)2次，頸部Y軸伸張超標(biāo)5次(其中3次駕駛員和前排乘員同時(shí)超標(biāo)，該3次中有1次頸部傷害指標(biāo)NIC也超標(biāo))，胸部黏性指標(biāo)超標(biāo)2次。

表1 符合N1類(lèi)車(chē)要求但不符合M1類(lèi)車(chē)要求的樣品情況

注：表頭中加粗為M1類(lèi)車(chē)考察項(xiàng)但非N1類(lèi)車(chē)考察項(xiàng)，有“×”標(biāo)記說(shuō)明該指標(biāo)不合格。

也就是說(shuō)，頸部傷害超標(biāo)是合格的N1類(lèi)車(chē)不滿足M1類(lèi)車(chē)指標(biāo)要求的主要原因(75%)，其中Y軸超標(biāo)又是主要原因(62.5%)。

3 結(jié)論

N1類(lèi)車(chē)只要符合GB 11551-2014 《汽車(chē)正面碰撞的乘員保護(hù)》中對(duì)N1類(lèi)車(chē)的要求即可進(jìn)入市場(chǎng)。但實(shí)際上，在車(chē)禍中，M1類(lèi)車(chē)和N1類(lèi)車(chē)承受的傷害是等價(jià)的，如果區(qū)分開(kāi)M1類(lèi)和N1類(lèi)車(chē)的考核標(biāo)準(zhǔn)，就會(huì)在實(shí)際事故中減弱N1類(lèi)車(chē)對(duì)乘員的保護(hù)作用，增加乘員受傷害的可能。作者希望相關(guān)部門(mén)在GB 11551的后續(xù)修訂中，可以適當(dāng)增強(qiáng)對(duì)N1類(lèi)車(chē)的考核標(biāo)準(zhǔn)，尤其是頸部Y軸彎矩的考核。