針對(duì)FMVSS226法規(guī)的車輛乘員拋出危險(xiǎn)性防范設(shè)計(jì)要求

摘要：為了進(jìn)一步改進(jìn)汽車安全評(píng)價(jià)中FMVSS 226《降低拋出危險(xiǎn)性》法規(guī)的測試效果，對(duì)FMVSS 226法規(guī)進(jìn)行分析，研究該法規(guī)的技術(shù)要求和試驗(yàn)程序，并進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)。結(jié)果表明：汽車側(cè)氣簾厚度、氣簾展開后6 s內(nèi)的壓降和氣簾展開后的翻折角度均會(huì)影響試驗(yàn)結(jié)果。FMVSS 226法規(guī)試驗(yàn)顯示，國產(chǎn)汽車大部分沖擊位置的試驗(yàn)結(jié)果都能夠滿足試驗(yàn)要求，但部分沖擊位置仍需進(jìn)一步優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：汽車安全；FMVSS 226法規(guī)；車輛側(cè)氣簾

0 前言

作為國內(nèi)汽車測評(píng)的重要體系，中國新車評(píng)價(jià)規(guī)程（C-NCAP）中加入了FMVSS 226《降低拋出危險(xiǎn)性》法規(guī)測試，將其作為汽車安全的評(píng)價(jià)部分。此外，在FMVSS 226法規(guī)2024版中加入了4種翻滾工況，用于考察在汽車翻滾狀態(tài)下氣簾對(duì)車內(nèi)乘員的保護(hù)效果[1]。近年來，國內(nèi)車企有意拓展海外市場，需要符合北美市場強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，滿足FMVSS 226法規(guī)是其中重要的一項(xiàng)內(nèi)容[2]。本文通過梳理FMVSS 226法規(guī)并結(jié)合實(shí)際試驗(yàn)，對(duì)比了國內(nèi)車型的實(shí)際FMVSS 226法規(guī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析了國產(chǎn)車型在防止乘員被拋出方面的性能，以期為相關(guān)從業(yè)人員提供參考。

1 FMVSS 226法規(guī)試驗(yàn)概述

1. 1 試驗(yàn)要求

試驗(yàn)采用質(zhì)量為（18±0.05） kg的直線導(dǎo)向頭部模型，測試車輛相應(yīng)部件（側(cè)氣簾處于展開狀態(tài)）阻止乘員被拋出的性能。在278 J（對(duì)應(yīng)車速（20±0.5） km/h）和178 J（對(duì)應(yīng)車速（16±0.5） km/h）2個(gè)能量等級(jí)的沖擊下，頭部模型沖擊采光口內(nèi)表面后，其移動(dòng)距離不得超過100 mm，如圖1所示。

1. 2 試驗(yàn)區(qū)域及目標(biāo)點(diǎn)

側(cè)面透光口是指除了門開口外，垂直于車輛且垂直縱向平面的水平線與開口邊緣相切的所有點(diǎn)軌跡。周邊包括距窗玻璃內(nèi)表面內(nèi)側(cè)100 mm和距側(cè)窗玻璃外表面外側(cè)25 mm的表面[3]。外圍不包括用于在玻璃或門與車輛內(nèi)部之間形成防水密封的任何柔性襯墊材料或擋風(fēng)雨條，以及用于方便乘客進(jìn)出的把手和座位的任何部分。

側(cè)面透光口是確認(rèn)試驗(yàn)區(qū)域的重要基準(zhǔn)。將車輛狀態(tài)按照車輛試驗(yàn)狀態(tài)調(diào)整好后，根據(jù)側(cè)面透光口的定義方法在車輛側(cè)面車窗進(jìn)行標(biāo)記，在標(biāo)記的過程中需要將車輛內(nèi)部之間形成防水密封的所有柔性襯墊材料或擋風(fēng)雨條拆除，如車輛內(nèi)部的門把手會(huì)影響透光口的標(biāo)記，因此也需要對(duì)其進(jìn)行拆除。在標(biāo)記過程中，應(yīng)盡可能多地標(biāo)記與開口邊緣相切的軌跡點(diǎn)，其目的是還原側(cè)面車窗的輪廓，按此方法標(biāo)記前后車窗的側(cè)面透光口。

1. 3 目標(biāo)位置的邊界

基于上述確認(rèn)的側(cè)面透光口，將側(cè)面透光口的每個(gè)點(diǎn)橫向投影到車輛的垂直縱向平面上，這些投影點(diǎn)以（25±2） mm的距離向由側(cè)面透光口投影點(diǎn)構(gòu)成的軌跡線的幾何中心偏移。為了實(shí)現(xiàn)投影效果，可使用三坐標(biāo)測量儀器輔助記錄側(cè)面透光口的軌跡點(diǎn)，并通過計(jì)算機(jī)繪圖軟件進(jìn)行處理，如圖2所示。

1. 4 沖擊位置及數(shù)量確認(rèn)

按照FMVSS 226法規(guī)給出的沖擊頭型輪廓曲線函數(shù)，將頭部模型放置在側(cè)面車窗的模型中，首先確認(rèn)初級(jí)目標(biāo)點(diǎn)的基準(zhǔn)位置（見表1），其次基于一級(jí)目標(biāo)點(diǎn)的距離來確定二級(jí)目標(biāo)，最終生成保留的沖擊點(diǎn)[4]，如圖3和圖4所示。

1. 5 確定零位移平面

對(duì)于試驗(yàn)用固定玻璃窗，應(yīng)保證其完好且放置正確位置；對(duì)于試驗(yàn)用移動(dòng)玻璃窗，應(yīng)保證其完好且處于完全關(guān)閉狀態(tài)。目標(biāo)沖擊點(diǎn)與任意目標(biāo)位置中心的偏差應(yīng)控制在±2 mm內(nèi)，拋出沖擊器位于車輛內(nèi)部并向車窗慢慢移動(dòng)，直到與玻璃窗內(nèi)部接觸，接觸壓力不能超過20 N，規(guī)定頭型最外表面最初接觸側(cè)窗的平面為零平面。

2 試驗(yàn)分析

本文試驗(yàn)設(shè)計(jì)選取國內(nèi)車企生產(chǎn)的3款同類車型進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比，以獲得不同車型和不同沖擊位置的試驗(yàn)結(jié)果，通過沖擊時(shí)所采集的位移曲線結(jié)合高速攝像輔助記錄頭型及氣簾的接觸狀態(tài)。為保證試驗(yàn)的一致性，3款車型均采用窗玻璃從側(cè)透光口移除的方法進(jìn)行FMVSS 226法規(guī)測試。

結(jié)果表明，3款車型的A1試驗(yàn)結(jié)果均滿足要求。其中，在低速工況（16 km/h）下，B車型的試驗(yàn)結(jié)果最為理想，A1沖擊點(diǎn)的最大位移為21.94 mm；C車型試驗(yàn)結(jié)果的理想程度次之，A1沖擊點(diǎn)的最大位移為29.40 mm；相對(duì)來說，A車型的試驗(yàn)結(jié)果最差，A1沖擊點(diǎn)的最大位移為61.85 mm，與限值相差38.15 mm。3款車型的A1沖擊點(diǎn)最大位移均出現(xiàn)在80 ms附近，其中A車型在零平面處位移曲線的上升斜率最大，見表2。

在高速工況（20 km/h）下，A車型表現(xiàn)最佳，其最大位移為44.7 mm；B車型表現(xiàn)次之，其最大位移為45.77 mm；C車型表現(xiàn)最差，其最大位移為86.43 mm，相對(duì)于限值的余量為13.5%，從高速攝像來看，C車型氣簾展開后下部與門板出現(xiàn)干涉，導(dǎo)致氣簾下部搭積在門板上，未完全處于正常形態(tài)，門板無法支撐氣簾下部，當(dāng)氣簾展開后，氣簾下部處于懸浮狀態(tài)，未能對(duì)頭型起到很好的阻攔效果，如圖5所示。

3款車型的A4試驗(yàn)結(jié)果均滿足試驗(yàn)要求，結(jié)果均較為理想。在高速工況和低速工況下均未超出零平面，相對(duì)于限值的余量均超過100%，見表3。

從試驗(yàn)現(xiàn)象來看，在高、低速工況下3款車型在前窗的A4沖擊點(diǎn)位移均出現(xiàn)負(fù)值的情況，A4沖擊位置的氣囊處于較厚形態(tài)，且此處靠近B柱與C柱的交界，氣囊被B柱和C柱支撐，所以沖擊速度為16 km/h和20 km/h時(shí)頭型最大位移均未超出零平面，如圖6所示。

按照沖擊點(diǎn)選取規(guī)則，A車型與C車型前窗區(qū)域均出現(xiàn)了A5沖擊點(diǎn)，沖擊質(zhì)心位于A1與A4直線距離的中間位置，這2款車型的A5沖擊點(diǎn)試驗(yàn)結(jié)果均滿足試驗(yàn)要求，其中在高、低速工況下C車型的試驗(yàn)結(jié)果優(yōu)于A車型，見表4。在接觸氣簾后50 ms內(nèi)A車型與C車型的位移上升斜率基本一致，在到達(dá)零平面位置時(shí)位移的上升趨勢出現(xiàn)差異，在高、低速工況下C車型出現(xiàn)最大位移的時(shí)間比A車型提前。可以推測，這是由于氣簾剛度差異造成了阻攔效果產(chǎn)生差異。

在3款車型中，只有A車型后窗沖擊點(diǎn)出現(xiàn)了B1沖擊點(diǎn)，且位于后窗中間靠下的位置，在低速工況（16 km/h）下其最大位移為84.79 mm，距限值要求相差15.21 mm，且出現(xiàn)在95 ms附近；在高速工況（20 km/h）下其最大位移為98.04 mm，距限值要求僅相差1.94 mm，見表5。如圖7所示，結(jié)合高速工況下沖擊過程的高速攝像來看，側(cè)氣簾展開后與門框距離較大，且氣簾展開后下部受到氣體膨脹的影響，相對(duì)后門框下部的距離變大，處于懸空狀態(tài)，在與沖擊頭型接觸后的一段時(shí)間內(nèi)未起到明顯的減速效果，導(dǎo)致頭型移至零平面時(shí)沖擊動(dòng)能較大，持續(xù)推動(dòng)氣簾向車外移動(dòng)，至80 ms時(shí)達(dá)到最大位移。

3款車型在B2沖擊點(diǎn)的試驗(yàn)結(jié)果均滿足試驗(yàn)要求，B車型和C車型的試驗(yàn)結(jié)果較為理想，見表6。在高低速工況下C車型的最大位移均為超過零平面，在高速工況（20 km/h）下B車型的最大位移為6.92 mm，距離限值相差93.08 mm。在低速工況（16 km/h）和高速工況（20 km/h）下A車型的最大位移分別為68.27 mm和54.19 mm。

與高速工況（20 km/h）相比，在低速工況（16 km/h）下A車型在B2沖擊點(diǎn)的最大位移高出14.08 mm。B2沖擊點(diǎn)在接觸氣簾后，在高速工況下最大位移出現(xiàn)在65 ms附近，低速工況下側(cè)氣簾在被激活的6 s內(nèi)其內(nèi)部壓力下降，導(dǎo)致氣簾剛度降低，最大位移出現(xiàn)在85 ms附近，因此低速工況下的最大位移反而比高速工況下更大。

整體來看，3款車型中C車型的B3試驗(yàn)結(jié)果最優(yōu)，在高、低速工況下其最大位移為6.48 mm；B車型表現(xiàn)次之，其最大位移為24.63 mm，距限值的最小余量為75.37 mm；C車型的表現(xiàn)最差，其最大位移為48.63 mm。

結(jié)合B車型與C車型的B3沖擊試驗(yàn)結(jié)果可知，在高、低速工況下B車型的最大位移為49.14 mm，距限值的最小余量為50.86 mm；在低速和高速工況下C車型的最大位移分別為31.48 mm和22.54 mm，與高速工況相比，低速工況下C車型的最大位移高出8.94 mm；B車型與C車型接觸氣簾后的曲線上升趨勢基本一致，見表7。通過高速攝像觀察高速與低速時(shí)氣簾展開情況，與高速工況相比，在低速工況下氣簾下部展開后向內(nèi)的翻折角度更大，造成其與車門內(nèi)飾板的懸空距離更大，導(dǎo)致阻攔效果下降，如圖8所示。

3 結(jié)論

本文研究了國內(nèi)車企生產(chǎn)的3款同類車型在 FMVSS 226法規(guī)測試中的表現(xiàn)，對(duì)其在不同展開狀態(tài)下的氣簾試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，研究了頭型沖擊器的時(shí)間位移曲線，采用高速攝像對(duì)氣簾及頭型在沖擊過程中的變化情況進(jìn)行對(duì)比，可得到如下結(jié)論：

（1） 汽車側(cè)氣簾厚度會(huì)影響試驗(yàn)結(jié)果，理論上氣囊厚度越大，其對(duì)頭型的阻攔效果越好，但實(shí)際上更重要的是側(cè)氣簾在展開時(shí)與側(cè)門的約束狀態(tài)。

（2） 在FMVSS 226法規(guī)測試中，氣簾展開后6 s內(nèi)的壓力降低和氣簾展開后的翻折角度變化均會(huì)影響低速工況和高速工況下同一沖擊點(diǎn)的位移，其中低速工況下位移更大。

（3） 通過后續(xù)國產(chǎn)車型的FMVSS 226法規(guī)試驗(yàn)顯示，國產(chǎn)車型大部分沖擊位置的試驗(yàn)結(jié)果均能滿足試驗(yàn)要求，但部分沖擊位置仍需進(jìn)行優(yōu)化，建議在開發(fā)過程中重點(diǎn)關(guān)注氣簾展開后其與內(nèi)側(cè)車門的狀態(tài)，應(yīng)避免氣簾出現(xiàn)懸空和漂浮的情況。

參考文獻(xiàn)

[1] 王立民，黃志剛，劉燦燦.氣簾保壓性能研究分析[J].汽車科技，2022（6）：27-33.

[2] 孫海洋，郝賡，謝忠繁，等.FMVSS 226試驗(yàn)方法解讀[J].汽車零部件，2021（2）：104-107.

[3] 孫小光，王居成，師玉濤，等.基于FMVSS226法規(guī)的側(cè)氣簾優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].中國汽車，2018（11）： 39-42.

[4] 楊斌，趙淑華，張慧云，等.FMVSS 226《降低拋出危險(xiǎn)性》法規(guī)解讀[J].汽車科技，2016（3）： 56-61.