車對(duì)車碰撞試驗(yàn)約束系統(tǒng)主觀評(píng)價(jià)方法研究

趙博文，李 充，莊夢(mèng)夢(mèng)

(中國汽車技術(shù)研究中心 天津300162)

車對(duì)車碰撞試驗(yàn)約束系統(tǒng)主觀評(píng)價(jià)方法研究

趙博文，李 充，莊夢(mèng)夢(mèng)

(中國汽車技術(shù)研究中心 天津300162)

以國內(nèi)首次車對(duì)車小角度、小重疊率、高速碰撞試驗(yàn)為研究基礎(chǔ)，綜合運(yùn)用車載高速攝像分析、傳感器數(shù)據(jù)采集、車身變形量測(cè)量等技術(shù)手段，提出了一種車對(duì)車碰撞試驗(yàn)約束系統(tǒng)的主觀評(píng)價(jià)方法。據(jù)此方法，對(duì)比研究了15,°軌道試驗(yàn)車和180,°軌道試驗(yàn)車的乘員約束系統(tǒng)在碰撞試驗(yàn)中的性能表現(xiàn)。結(jié)果表明，正、側(cè)氣囊(氣簾)均需充分展開，試驗(yàn)車輛約束系統(tǒng)性能滿足車對(duì)車碰撞的復(fù)雜工況要求；相較于子彈車，目標(biāo)車受損更嚴(yán)重，約束系統(tǒng)表現(xiàn)更差。

車對(duì)車 主觀評(píng)價(jià) 碰撞試驗(yàn) 約束系統(tǒng) 耐撞性

0 引 言

碰撞試驗(yàn)中，假人傷害值是評(píng)價(jià)車輛耐撞性的核心指標(biāo)，[1-2]但傷害值只能反映特定型號(hào)假人坐在特定位置時(shí)的受傷程度。交通事故中乘員的性別、身材均不確定，座椅位置也可能與試驗(yàn)條件不同。[3]近年來，為了更好地評(píng)估碰撞發(fā)生后乘員面臨的潛在危險(xiǎn)，國外主流碰撞試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)相繼加入了主觀評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)。[4]2015版Euro-NCAP評(píng)價(jià)規(guī)則中，主觀評(píng)價(jià)占有重要地位。其在側(cè)碰試驗(yàn)中對(duì)側(cè)氣簾防護(hù)區(qū)域的考察，促使汽車廠商不斷優(yōu)化側(cè)氣簾設(shè)計(jì)[5-6]；IIHS的SOB試驗(yàn)[7](小重疊偏置壁障碰撞)是目前業(yè)內(nèi)公認(rèn)難度最大的碰撞試驗(yàn)。其評(píng)分辦法由3部分組成，分別是約束系統(tǒng)與假人動(dòng)力學(xué)分析、假人傷害值、車身結(jié)構(gòu)耐撞性。[3]三者中，針對(duì)約束系統(tǒng)及車身結(jié)構(gòu)的考察均為主觀評(píng)價(jià)。與此同時(shí)，澳大利亞和日本的NCAP標(biāo)準(zhǔn)也在逐漸添加主觀評(píng)價(jià)部分。

車對(duì)車小角度、小重疊率、高速碰撞試驗(yàn)，沖擊劇烈，條件嚴(yán)苛，對(duì)其試驗(yàn)條件、結(jié)果的研究有著廣泛的工程意義和現(xiàn)實(shí)意義。本文以國內(nèi)首次車對(duì)車小角度、小重疊率、高速碰撞試驗(yàn)為研究對(duì)象，參考Euro-NCAP的ODB試驗(yàn)及IIHS的SOB試驗(yàn)的主觀評(píng)價(jià)方法，充分考慮汽車對(duì)碰試驗(yàn)的復(fù)雜性和特殊性，綜合運(yùn)用高速攝像分析(車載攝像和外部攝像)、車身結(jié)構(gòu)變形量測(cè)量、傳感器數(shù)據(jù)采集等方法，提出了一種對(duì)碰試驗(yàn)約束系統(tǒng)主觀評(píng)價(jià)方案。并據(jù)此方案，分別對(duì)對(duì)撞試驗(yàn)中的15 °軌道試驗(yàn)車(以下簡稱子彈車)和180 °軌道試驗(yàn)車(以下簡稱目標(biāo)車)主觀評(píng)價(jià)打分，依據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果，得到指導(dǎo)試驗(yàn)和設(shè)計(jì)的有用結(jié)論。

1 車對(duì)車碰撞試驗(yàn)約束系統(tǒng)主觀評(píng)價(jià)方法

對(duì)碰試驗(yàn)中，從假人傷害值和結(jié)構(gòu)變形量來看，駕駛員受到的傷害都要遠(yuǎn)大于同車的乘員。為簡化評(píng)價(jià)流程，突出考核重點(diǎn)，本文的主觀評(píng)價(jià)均只針對(duì)駕駛員側(cè)展開。

1.1 正面氣囊

1.1.1 穩(wěn)定接觸

假人向前運(yùn)動(dòng)時(shí)頭部與正常展開的氣囊充分接觸，并在回彈過程中未與其他結(jié)構(gòu)二次接觸。試驗(yàn)前將假人頭部涂色(額頭紅、鼻子棕、下巴藍(lán))。穩(wěn)定接觸時(shí)，假人面部工字型色帶應(yīng)落在氣囊中心區(qū)域，且足夠清晰。此時(shí)，“正面氣囊”項(xiàng)不扣分。

1.1.2 部分接觸

假人頭部向前運(yùn)動(dòng)時(shí)得到氣囊較充分的保護(hù)，但在接觸過程中發(fā)生明顯側(cè)向滑動(dòng)，向A柱偏移。假人頭部色帶在氣囊上痕跡不清晰或第一接觸位置偏離氣囊中心。氣囊點(diǎn)爆時(shí)刻提前，仍被視為部分接觸。此時(shí)，“正面氣囊”項(xiàng)減1分。

1.1.3 不足接觸

假人頭部向前運(yùn)動(dòng)時(shí)未得到足夠約束和保護(hù)，接觸氣囊時(shí)發(fā)生嚴(yán)重滑移，與A柱、儀表盤或其他內(nèi)飾件接觸。點(diǎn)爆時(shí)刻延遲，即頭部與氣囊接觸時(shí)，氣囊仍處于充氣階段，則仍被視為不足接觸。此時(shí)，“正面氣囊”項(xiàng)減2分。

1.1.4 假人回彈異常

碰撞中假人運(yùn)動(dòng)可分3階段：①向前運(yùn)動(dòng)；②接觸氣囊；③回彈至座椅。回彈方向或速度異常時(shí)，假人無法返回正確座椅位置，恢復(fù)安全坐姿。這會(huì)增加假人受到二次傷害的可能性。碰撞后假人坐姿與試驗(yàn)前差異明顯時(shí)，“正面氣囊”項(xiàng)減1分。

1.2 側(cè)面氣囊(氣簾)

1.2.1 側(cè)氣囊(氣簾)展開充分，有效約束假人側(cè)向移動(dòng)

充分展開的側(cè)氣簾與駕駛員氣囊配合，完全覆蓋A柱及其附近內(nèi)飾件；充分展開的側(cè)氣囊(氣簾)可完全覆蓋同側(cè)“daylight opening”。[8]此時(shí)，“側(cè)面氣囊”項(xiàng)不扣分。

1.2.2 側(cè)氣囊(氣簾)展開充分，部分約束假人側(cè)向移動(dòng)

充分展開的側(cè)氣簾覆蓋A柱及其附近內(nèi)飾件的大部分區(qū)域；充分展開后的側(cè)氣囊(氣簾)只能覆蓋“daylight opening”的大部分區(qū)域。 此時(shí)，“側(cè)面氣囊”項(xiàng)減1分。

1.2.3 側(cè)氣囊或側(cè)氣簾未展開或展開不充分

當(dāng)試驗(yàn)車未配備側(cè)氣囊或側(cè)氣簾，或未正常展開時(shí)，“側(cè)面氣囊”項(xiàng)減2分。

1.2.4 假人頭部橫向偏移嚴(yán)重

碰撞時(shí)，假人頭部的大部分偏出車窗。此時(shí)，“側(cè)面氣囊”項(xiàng)減3分。

1.3 座椅與車門

1.3.1 座椅失效

試驗(yàn)車上任意一個(gè)固定座椅的螺栓斷裂、脫落、彎折，“座椅與車門”項(xiàng)減5分。

1.3.2 安全帶預(yù)張緊異常

安全帶不具備預(yù)張緊功能，或未按正確方式預(yù)緊，“座椅與車門”項(xiàng)減1分。

1.3.3 安全帶預(yù)緊力過大

假人肩帶或腰帶的預(yù)緊力峰值超過6,kN，“座椅與車門”項(xiàng)減1分。

1.3.4 不具備安全帶提醒功能

任意座椅不具備安全帶提醒功能或提醒效果不顯著，“座椅與車門”項(xiàng)減1分。

1.3.5 試驗(yàn)后車門無法正常打開

試驗(yàn)后，任意車門無法在不需工具的前提下被正常打開，“座椅與車門”項(xiàng)減1分。

1.3.6 試驗(yàn)過程中車門開啟

“座椅與車門”項(xiàng)減5分。

試驗(yàn)前，預(yù)設(shè)評(píng)價(jià)得分為10分。試驗(yàn)后，綜合分析高速攝像、傳感器數(shù)據(jù)，對(duì)比試驗(yàn)前后車輛和假人狀態(tài)，按上述項(xiàng)目依次打分。得分為9～10分時(shí)，評(píng)級(jí)為優(yōu)；得分為8～9分時(shí)，評(píng)級(jí)為良；得分為6～8分時(shí)，評(píng)級(jí)為可；得分為6分以下時(shí)，評(píng)級(jí)為差。綜上，車對(duì)車碰撞試驗(yàn)約束系統(tǒng)主觀評(píng)價(jià)方法可總結(jié)如表1所示。

2 車對(duì)車碰撞試驗(yàn)約束系統(tǒng)主觀評(píng)價(jià)實(shí)例

2014年10月31日，廣汽本田汽車公司與中國汽車技術(shù)研究中心合作，完成了“廣汽本田車對(duì)車15,°角小重疊率高速碰撞試驗(yàn)”。下面嚴(yán)格依照上述評(píng)價(jià)方法，對(duì)兩試驗(yàn)車分別進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)。碰撞中兩車受損程度差異明顯，為方便區(qū)分，將15,°軌道試驗(yàn)車命名為“子彈車”，180,°軌道試驗(yàn)車命名為“目標(biāo)車”。

表1 車對(duì)車碰撞試驗(yàn)約束系統(tǒng)主觀評(píng)價(jià)方法Tab.1 Subjective evaluation method for restraint system in the car to car collision test

2.1 子彈車約束系統(tǒng)主觀評(píng)價(jià)

2.1.1 正面氣囊

子彈車駕駛員氣囊展開充分，點(diǎn)火時(shí)刻正確，與假人接觸較穩(wěn)定。如圖1所示，假人頭部顏色帶完全落在氣囊中心區(qū)域，痕跡清晰，滑移很小。假人與氣囊接觸時(shí)，姿態(tài)、方向均正常，管柱轉(zhuǎn)動(dòng)較小。假人側(cè)向位移較小，即便在頭部橫向偏移最嚴(yán)重的時(shí)刻，絕大部分仍未脫離駕駛員氣囊。

試驗(yàn)后假人坐姿如圖2所示。假人在接觸氣囊后回彈至座椅，并保持了與試驗(yàn)前近似的坐姿。其關(guān)鍵部位在回彈過程中未與B柱、車門、側(cè)窗玻璃等結(jié)構(gòu)接觸。

圖1 子彈車駕駛員氣囊展開Fig.1 Driver airbag unfolded in bullet car

圖2 試驗(yàn)后子彈車駕駛員坐姿Fig.2 Sitting posture of driver in bullet car after the test

2.1.2 側(cè)面氣囊(氣簾)

側(cè)氣囊(氣簾)展開充分，點(diǎn)火時(shí)刻與充氣量均正常。如圖3所示，展開后的側(cè)氣簾可完全覆蓋A柱及其附近內(nèi)飾件，并可完全覆蓋本側(cè)“daylight opening”。

圖3 子彈車側(cè)氣囊(氣簾)展開Fig.3 Side airbag(air curtain)unfolded in bullet car

如圖4所示，從正上方機(jī)位觀察，子彈車駕駛員頭部碰撞全程均未偏移出車窗。

圖4 碰撞接觸點(diǎn)正上方機(jī)位視圖Fig.4 Top view of collision point

2.1.3 座椅與車門

試驗(yàn)前在駕駛員的肩帶腰帶上安裝張力傳感器，以檢測(cè)安全帶張力的變化。據(jù)張力傳感器數(shù)據(jù)，子彈車駕駛員安全帶在碰撞過程中預(yù)緊時(shí)刻正確，預(yù)緊力大小合適，預(yù)緊效果明顯。試驗(yàn)中子彈車無車門開啟。如圖5所示，試驗(yàn)后全部車門均可正常打開。

圖5 試驗(yàn)后子彈車各車門打開示意圖Fig.5 Bullet car with doors open after the test

逐條打分后，子彈車的得分為滿分10分，評(píng)級(jí)為優(yōu)秀。

2.2 目標(biāo)車約束系統(tǒng)主觀評(píng)價(jià)

2.2.1 正面氣囊

目標(biāo)車駕駛員氣囊展開充分，點(diǎn)火時(shí)刻正確。如圖6所示，假人頭部顏色帶大部分落在氣囊中心區(qū)域，但鼻子偏離中心點(diǎn)較遠(yuǎn)，五官痕跡較模糊。假人頭部與氣囊接觸時(shí)方向與姿態(tài)均不理想。假人頭部側(cè)向位移較大，最嚴(yán)重時(shí)已基本脫離氣囊約束，開始向A柱滑移。綜上，目標(biāo)車被認(rèn)定為“部分接觸”，減1分。

圖6 目標(biāo)車駕駛員氣囊展開Fig.6 Driver airbag unfolded in target car

試驗(yàn)后假人坐姿如圖7所示。假人在接觸氣囊后回彈至座椅，并保持了與試驗(yàn)前近似的坐姿。其關(guān)鍵部位在回彈過程中未與B柱、車門、側(cè)窗玻璃等結(jié)構(gòu)接觸。

圖7 試驗(yàn)后目標(biāo)車駕駛員坐姿Fig.7 Sitting posture of driver in target car after the test

2.2.2 側(cè)面氣囊(氣簾)

側(cè)氣囊(氣簾)展開充分，點(diǎn)火時(shí)刻與充氣量均正常。

圖8 目標(biāo)車側(cè)氣囊(氣簾)展開Fig.8 Side airbag(air curtain)unfolded in target car

如圖8所示，展開后的側(cè)氣簾完全覆蓋A柱及其附近內(nèi)飾件，并可完全覆蓋本側(cè)“daylight opening”。如圖4所示，目標(biāo)車駕駛員頭部在碰撞全程均未側(cè)偏出車窗。

2.2.3 座椅與車門

根據(jù)張力傳感器數(shù)據(jù)，安全帶預(yù)緊時(shí)刻正確，但肩帶力達(dá)到7.8,kN，超出6,kN的限值，減1分。試驗(yàn)中目標(biāo)車無車門開啟。如圖9所示，試驗(yàn)后各車門均可正常打開。

圖9 試驗(yàn)后目標(biāo)車各車門打開示意Fig.9 Target car with doors open after the test

逐條打分后，目標(biāo)車的得分為8分，評(píng)級(jí)為良好。與子彈車相比，目標(biāo)車在正面氣囊接觸穩(wěn)定性和安全帶預(yù)緊力兩項(xiàng)中表現(xiàn)較差。

3 結(jié) 論

本文提出了一種車對(duì)車碰撞試驗(yàn)約束系統(tǒng)主觀評(píng)價(jià)方法，并根據(jù)此方法針對(duì)實(shí)例進(jìn)行了評(píng)價(jià)。由評(píng)價(jià)結(jié)果，可得到以下結(jié)論：

①與常規(guī)正、側(cè)碰試驗(yàn)不同，車對(duì)車碰撞試驗(yàn)工況復(fù)雜，條件嚴(yán)苛，駕乘人員同時(shí)受多個(gè)方向的力和力矩的共同作用。只有正面氣囊、側(cè)面氣囊(氣簾)、座椅、安全帶等協(xié)調(diào)作用，才能實(shí)現(xiàn)有效約束和保護(hù)。

②子彈車和目標(biāo)車受損程度差異較大。子彈車的約束系統(tǒng)表現(xiàn)更好，目標(biāo)車在正面氣囊接觸穩(wěn)定性和駕駛員肩帶力兩方面差距較大。

③為保證主觀評(píng)價(jià)的全面性和準(zhǔn)確性，多種技術(shù)手段的綜合運(yùn)用必不可少。本研究主要采用了以下技術(shù)手段：車載高速攝像分析、車身結(jié)構(gòu)位移量測(cè)量、碰撞傳感器數(shù)值分析及試驗(yàn)前后車輛假人狀態(tài)對(duì)比。

［1］ 張金換，杜匯良，馬春生. 汽車碰撞安全設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2010.

［2］ 李紅建. 轎車正面碰撞安全性能綜合控制研究[D]. 長春：吉林大學(xué)汽車工程學(xué)院，2005.

［3］ Insurance Institute for Highway Safety(IIHS). Small Overlap Frontal Crashworthiness Evaluation Rating Protocol(Version III)[EB/OL]. http：//www.iihs.org.2014.

［4］ 白鵬，龍海靖，李曉明. 歐洲 NCAP 與我國汽車[J].汽車工程，2007(11)：958-963.

［5］ European New Car Assessment Program(Euro NCAP). Side Impact Mobile Deformable Barrier Test Protocol v7.0.1[EB/OL]. http：//www. euroncap. com. 2015.

［6］ European New Car Assessment Program(Euro NCAP). Euro NCAP Assessment Protocol Overall Rating v6.0[EB/OL]. http：//www. euroncap. com. 2013.

［7］ Insurance Institute for Highway Safety(IIHS). Small Overlap Frontal Crashworthiness Evaluation Crash Test Protocol(Version III)[EB/OL]. http：//www.iihs.org. 2014.

［8］ European New Car Assessment Program(Euro NCAP). Oblique Pole Side Impact Test Protocol v7.0.1[EB/OL]. http：//www. euroncap. com. 2015.

A Subjective Evaluation Method for Restraint System in a Car To Car Crash Test

ZHAO Bowen，LI Chong，ZHUANG Mengmeng
(China Automotive Technology & Research Center，Tianjin 300162，China)

On the basis of the first domestic car to car oblique small overlap collision test，a subjective evaluation method of the restraint system in a car to car crash test was put forward by analyzing the on-board high speed video，data acquisition of crash sensors and measuring the deformation of car bodies.According to this method，restraint system performances of the two cars were compared.The results indicated that both the frontal and side airbags(curtains)were required to be fullydeployed，in order to adapt to the complex conditions in the collision.Compared with bullet car，the target car performed worse regarding its restraint system and body structure.

car to car；subjective evaluation；crash test；restraint system；crashworthiness

U461.91

：A

：1006-8945(2016)04-0077-04

2016-03-05