FMVSS 226試驗(yàn)方法解讀

孫海洋，郝賡，謝忠繁，楊康特，裴元津

(中國汽車技術(shù)研究中心有限公司，天津 300300)

0 引言

現(xiàn)實(shí)生活中，車輛交通事故類型是復(fù)雜多樣的，其中車輛翻滾事故更為復(fù)雜的[1]。因此，對車輛翻滾工況的測試，是考量車輛安全的重點(diǎn)因素。在車輛翻滾工況的安全測試中，美標(biāo)FMVSS 226是一項(xiàng)考察車內(nèi)乘員拋出緩沖的測試項(xiàng)目，其重點(diǎn)在于評價(jià)車輛側(cè)向翻滾時(shí)，車內(nèi)乘員頭部拋出至側(cè)面車窗外的危險(xiǎn)程度[1-2]。

標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的沖擊器是一個剛性全程導(dǎo)向的直線沖擊頭型，沖擊頭型由一個無特征的鋁制人頭模型，質(zhì)量為(18±0.05)kg，并且覆蓋11.4 mm厚的頭部皮膚組成[2]。試驗(yàn)中沖擊器以一定的速度沖擊指定目標(biāo)點(diǎn)，考察車輛對沖擊器拋出的保護(hù)程度。

1 試驗(yàn)流程

1.1 試驗(yàn)車輛準(zhǔn)備階段

在車輛進(jìn)行試驗(yàn)前首先應(yīng)該檢查車輛的初始狀態(tài)，如：車輛各液位是否處于最高位置，車輛隨車工具及備胎是否齊全，車輛是否處于整車的整備質(zhì)量的空載狀態(tài)，車輛輪胎胎壓，車輛整備質(zhì)量以及車輛各輪重與前軸后軸軸荷。車輛部分內(nèi)飾件可能會影響到頭型沖擊器的行進(jìn)路線，所以在試驗(yàn)開始前應(yīng)拆除妨礙頭型沖擊器進(jìn)入車輛側(cè)窗目標(biāo)區(qū)域的部件，如方向盤、轉(zhuǎn)向管柱、中控扶手和座椅等。隨后將車輛放置于進(jìn)行試驗(yàn)的區(qū)域，試驗(yàn)區(qū)域應(yīng)為水平平面(如鐵地板、鐵平臺等)。調(diào)整車輛放置方向?qū)④囕v調(diào)整至垂直于設(shè)備的狀態(tài)，可以使用激光儀等設(shè)備輔助調(diào)整車輛與設(shè)備垂直的方向。沖擊試驗(yàn)點(diǎn)的標(biāo)記與車輛姿態(tài)有著密切的關(guān)系，而車輛姿態(tài)與車輛懸架高度密切相關(guān)，故在開始車輛標(biāo)記前應(yīng)調(diào)整懸架，在車輛四角上下移動5次以調(diào)整懸架，然后在車輛左右分別測量并記錄門檻角度，在車輛前后測量并記錄翻轉(zhuǎn)角度。同時(shí)，試驗(yàn)中保持車輛門檻角/翻轉(zhuǎn)角在記錄值±0.5°范圍內(nèi)。

1.2 沖擊試驗(yàn)點(diǎn)目標(biāo)位置確認(rèn)

在車輛準(zhǔn)備工作完畢后，可以開始進(jìn)行車輛沖擊試驗(yàn)點(diǎn)的標(biāo)記工作。在車輛標(biāo)記試驗(yàn)點(diǎn)開始時(shí)，首先應(yīng)該確認(rèn)車輛側(cè)面透光口。在車輛一側(cè)放置畫線儀器，使畫線儀器平行于車輛縱向平面，調(diào)整畫線儀器方向嚴(yán)格平行于車輛的X、Y、Z3個軸向，以確保標(biāo)記側(cè)面透光口的準(zhǔn)確性。畫線桿通過側(cè)面透光口邊緣所點(diǎn)的水平垂直車輛縱向垂面，并相切于車輛車窗開口的周邊，將側(cè)面采光口的周邊每個點(diǎn)橫向投影到車輛縱向垂直面上，形成一圈軌跡線，即為側(cè)面透光口。將這些投影點(diǎn)以(25±2)mm的間隔向側(cè)面采光口投影點(diǎn)構(gòu)成的軌跡線的幾何中心移動。每個點(diǎn)的移動方向垂直于該點(diǎn)相應(yīng)投影點(diǎn)的切線，所有點(diǎn)在車輛縱向垂面構(gòu)成25 mm的偏離線。

確定側(cè)面透光口后方可開始試驗(yàn)沖擊點(diǎn)的確定。每個側(cè)面透光口都劃分為4份，2個初級試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)點(diǎn)(A1,A4,B2,B3)，2個二級試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)點(diǎn)(A2,A3,B1,B4)。如圖1所示。

圖1 試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)位置

對于車窗大小分為4個類型:(1)正常車窗;(2)較小車窗;(3)更小車窗;(4)扁平車窗。對于正常車窗，2個初級試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)點(diǎn)首先放置在兩斜對角位置，頭型輪廓線與采光口偏移線相切。2個二級試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)點(diǎn)位于2個初級試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)點(diǎn)水平方向上的等分點(diǎn)處，頭型輪廓線分別于偏離線上端和下端接觸，如圖2所示。

圖2 正常車窗

對于尺寸較小的車窗，2個初級試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)點(diǎn)距離太近，如果試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)點(diǎn)A2、A3之間水平距離小于135 mm，且試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)點(diǎn)A2、A3垂直距離小于170 mm時(shí)，去除二級試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)點(diǎn)A3。如果試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)點(diǎn)A4、A2(上一步試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)點(diǎn)A3已去除)之間水平距離小于135 mm且試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)點(diǎn)A4、A2垂直距離小于170 mm時(shí)去除試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)點(diǎn)A2(圖3(a))。如果兩個初級試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)點(diǎn)之間的距離大于360 mm時(shí)，在兩個初級試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)點(diǎn)A1、A4連線中點(diǎn)放置一個二級試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)點(diǎn)A5(圖3(b))。如果試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)點(diǎn)A1、A4之間水平距離小于135 mm，且試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)點(diǎn)A1、A4之間垂直距離小于170 mm時(shí)去除試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)點(diǎn)A4。

圖3 較小尺寸車窗

對于更小尺寸車窗(圖4)，無論是水平放置還是垂直放置都會導(dǎo)致頭型輪廓線與偏離線相交，則可以5°為增量，自由轉(zhuǎn)動頭型以適應(yīng)車窗，布置在25 mm偏離線內(nèi)，然后布置試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)點(diǎn)盡可能在側(cè)面透光口的幾何中心。

圖4 更小尺寸車窗

對于扁平車窗，當(dāng)垂直方向放置沖擊頭型時(shí)可能由于車窗的Z向尺寸限制無法布置4個試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)點(diǎn)，這時(shí)可以水平方向放置沖擊頭型，確定試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)點(diǎn)，如圖5所示[3]。按照水平方向放置沖擊頭型確定試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)點(diǎn)的選取與正常車窗、較小車窗、更小車窗的方式相同。

圖5 扁平車窗

1.3 沖擊設(shè)備摩擦特性和靜態(tài)撓度

摩擦特性：試驗(yàn)前需要對沖擊器的性能檢查，從初始位置開始計(jì)算，將頭型沖擊器拉出至400 mm或大于400 mm處位置，在頭型后安裝板小于50 mm位置掛裝(100±5)kg配重。沿軸向后以(50±13)mm/s速度推動200 mm，以100 Hz頻率采集力值，前25 mm不計(jì)入采數(shù)，重復(fù)5次，取平均值[4]。

照此方法，以90°偏轉(zhuǎn)為一次，共計(jì)5次，分別進(jìn)行上述步驟測量。取其最大值計(jì)算摩擦因數(shù)，得出摩擦因數(shù)結(jié)果應(yīng)不大于0.25.

靜態(tài)撓度：將沖擊器拉出至400 mm或大于400 mm處位置，在距離頭型后安裝背板小于5 mm位置處縱向垂面上施加(981±5)N的力，約等于100 kg。測量頭型下墜偏移量，然后以90°偏轉(zhuǎn)為一次分別進(jìn)行上述步驟，共計(jì)4次，偏移量應(yīng)小于20 mm為符合要求。

1.4 試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)點(diǎn)沖擊

標(biāo)準(zhǔn)中要求試驗(yàn)環(huán)境溫度在18～29 ℃，濕度在10%～70%。車輛需拆除方向盤、轉(zhuǎn)向管柱、座椅、車門扶手、后視鏡等影響頭型沖擊路徑的整車零部件，為了不影響試驗(yàn)，車輛的另一側(cè)不參加測試車門或任何掀背或尾門都可以拆卸，以提供足夠的空間為彈射機(jī)構(gòu)進(jìn)行定位并且為頭型沖擊過程中提供足夠的空間路徑。

確定零位移平面：將沖擊器探出到車輛內(nèi)部，向車窗慢慢移動沖擊器直到與玻璃車窗內(nèi)部接觸，接觸壓力不能超過20 N。頭型最外表面最初與玻璃車窗接觸的平面為零位移平面。沖擊器圓筒外側(cè)有兩個固定栓插孔，將沖擊器探出圓筒外，并且將插栓固定到第二個插孔位置沖擊器的發(fā)射時(shí)刻，頭型的沖擊方向X、Y、Z三軸的角度必須保證在±1°的范圍內(nèi)，如果試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)位置如圖4所示的要求進(jìn)行角度調(diào)整，試驗(yàn)應(yīng)按旋轉(zhuǎn)增量進(jìn)行調(diào)節(jié)。試驗(yàn)前，確定頭型沖擊方向X、Y、Z三軸的發(fā)射方向的角度確保在±1°的范圍內(nèi)，如圖6所示。

圖6 試驗(yàn)沖擊器

確定試驗(yàn)類型：如車輛無拋出緩沖裝置(即側(cè)氣囊)，沖擊器將以(20±0.5)km/h的速度沖擊試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)點(diǎn)。如車輛有拋出緩沖裝置(即側(cè)氣囊)，試驗(yàn)將分為高速試驗(yàn)和低速試驗(yàn)兩種工況。

高速試驗(yàn)：車門玻璃需完全降下或移除。沖擊器對準(zhǔn)試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)點(diǎn)，在傾翻中拋出緩沖裝置激活后(1.5±0.1)s接觸到拋出緩沖裝置，沖擊速度為(20±0.5)km/h。

低速試驗(yàn)：車門玻璃完全下降或移除。沖擊器對準(zhǔn)試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)點(diǎn)，在傾翻中拋出緩沖裝置激活后(6.0±0.1)s接觸到拋出緩沖裝置，沖擊速度為(16±0.5)km/h。

1.5 玻璃預(yù)破碎

在沖擊測試之前，覆蓋沖擊位置的玻璃應(yīng)當(dāng)被打開，拆卸或者預(yù)先擊碎，處理方式由制造商選擇。若廠家決定采用預(yù)破碎的方式，則進(jìn)行下面試驗(yàn)步驟。

使用三坐標(biāo)測量儀，找出側(cè)窗的平面幾何中心：由于試驗(yàn)對車輛側(cè)窗進(jìn)行橫向沖擊，可以將側(cè)窗投影到縱向(X-Z)平面進(jìn)行確定幾何中心，利用三坐標(biāo)測量儀測量側(cè)窗X、Z的坐標(biāo)值并擬合，計(jì)算出幾何中心。

在側(cè)面安置劃線儀，利用水平激光對齊內(nèi)表面幾何中心，要求幾何中心在網(wǎng)格點(diǎn)附近2 mm內(nèi)，標(biāo)記該水平線，而后向上下兩側(cè)移動激光，得到豎直位移(75±2)mm等距水平線，一直到第一道激光離開側(cè)窗；之后利用豎直激光，從幾何中心水平移動等距(37.5±2)mm，并標(biāo)記得到的等距網(wǎng)格點(diǎn)。

使用設(shè)備加載一個(150±25)N自動沖擊，沖頭直徑為(5±2)mm，,沖擊從網(wǎng)格內(nèi)表面的玻璃最低和最前的試驗(yàn)點(diǎn)開始。調(diào)整沖頭方向，在垂直于窗口表面10°以內(nèi)的方向上向試驗(yàn)點(diǎn)中心施加沖擊力。在玻璃的另一側(cè)放置一個100 mm×100 mm×18 mm木塊，作為對沖床的反作用面，沖擊完成后，需要繼續(xù)擊打網(wǎng)格，下一個網(wǎng)格點(diǎn)為同一行緊接著的后一個網(wǎng)格點(diǎn)，當(dāng)?shù)竭_(dá)一行的末尾時(shí)，移動到下一行最前面的洞。如果沖擊導(dǎo)致玻璃破裂，則停止破碎程序，并進(jìn)行下一步頭部沖擊試驗(yàn)。內(nèi)表面網(wǎng)格打孔完成后，外表面重復(fù)此過程。

2 結(jié)束語

FMVSS 226是模擬車輛翻滾事故中，車輛對車內(nèi)乘員被拋出的緩沖保護(hù)情況，而由于我國現(xiàn)階段缺乏相關(guān)的法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)，在此方向的研究并不深入，因此此項(xiàng)試驗(yàn)對廣大國內(nèi)車輛工程師尚處于早期的探究起步階段，國內(nèi)有能力開展此方面研究的機(jī)構(gòu)數(shù)量較少。文中對標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)進(jìn)行詳細(xì)解析，在車輛標(biāo)記與沖擊試驗(yàn)兩大內(nèi)容上進(jìn)行了詳細(xì)解構(gòu)，旨在幫助相關(guān)從業(yè)人員理解該測試項(xiàng)目并積極開展此方面研究，一道提升我國車輛安全水平。