N1類車對乘員保護情況的研究

杜志豪,胡經國，朱曉勇, 李小寧，丁冉冉

(中汽研汽車檢驗中心(寧波)有限公司,浙江寧波 315336)

0 引言

汽車安全標準的持續(xù)推出大大促進了我國汽車碰撞安全技術的發(fā)展，而由于汽車安全技術的發(fā)展和進步，車輛正面碰撞中車輛的耐撞性和乘員保護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]。相關統(tǒng)計資料表明，國內正面碰撞發(fā)生的概率接近50%[2]。

國內對汽車被動安全的研究起步相對比較晚，主要是參照歐洲ECE系列相關標準法規(guī)制定和執(zhí)行[3]。其中正面碰撞的現行標準是GB 11551-2014《汽車正面碰撞的乘員保護》。GB 11551-2014《汽車正面碰撞的乘員保護》相較GB 11551-2003《乘用車正面碰撞的乘員保護》的一個重要變化是試驗范圍不再僅限于M1類汽車，而是擴展為最大設計總質量不大于2 500 kg的N1類汽車，以及多用途貨車。這體現了國家標準或市場對載貨汽車對乘員保護的重視，同時對消費者具有重要的參考意義。但是正面碰撞后假人性能指標并不完全相同： M1類有6項7個性能指標，但N1類只有3項4個性能指標。

但實際的碰撞事故中，并不因乘員乘坐了N1類車后就會減少對乘員的傷害，所以考察N1類車在假人性能評價指標方面，按照M1類車的標準評價會有什么樣的結果是非常有必要的。

本文作者將以31次N1類車的正面碰撞試驗數據為基礎，并加入了M1類車的3項考察指標進行分析。

1 試驗方法

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

汽車被動安全的研究方法主要有試驗法和仿真分析法。試驗法是通過直接模擬汽車或零部件在碰撞事故中的表現來進行研究，優(yōu)點是客觀、直接、可靠性高[4]。近年來作者進行了多次N1類車型的碰撞試驗。在按照GB 11551-2014 《汽車正面碰撞的乘員保護》中的對N1類車的相關規(guī)定進行N1類車的正面碰撞試驗同時，作者也采集了試驗假人的頸部傷害指標、頸部對Y軸彎矩和胸部黏性指標。該3項性能指標不納入N1類汽車正面碰撞對乘員保護的考核中，但是屬于M1類汽車正面碰撞對乘員的保護的考核性能指標。

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

其中對于N1類車以及多用途貨車，第(2)(3)(5)的規(guī)定不做要求。本文作者以N1類車的試驗為基礎，將第(2)(3)(5)的規(guī)定納入要求，即以M1類車的指標考察N1類車的情況。

2 數據研究方法

雖然M1類車和N1類車假人性能指標的考察項不同，但可以用M1的性能指標來考察N1類車的情況。即以N1類車的試驗為基礎，將上述第(2)、(3)、(5)的規(guī)定納入要求，以M1類車的指標考察N1類車對乘員的保護情況。

作者對近年來進行的31次N1類車的正面碰撞數據進行分析。按照當前標準中對N1類的假人指標進行評判，其中有17次試驗中的所有數據都達標，達標率為54.8%。如果按照M1類車對假人指標進行評判，只有9次達標，達標率為29.0%。如果僅考慮N1已經達標的情況，滿足N1類車指標的17次試驗，有9次能滿足M1類車的指標要求，達標率為52.9%，換言之，有近一半合格的N1類車輛無法達到M1類車輛對假人性能指標的要求。

圖1給出了所有的31次試驗中，M1類車的7個性能指標(頭部性能指標HPC與頭部3 ms加速度分開評估)的不合格次數與N1類車的4個考察項目的不合格次數。可以發(fā)現，不屬于N1類車但屬于M1類車考核指標的頸部NIC(Fz)、頸部Y軸伸張和胸部黏性指標3項指標均有超標的情況。其中，頸部Y軸伸張超標次數最多，在所有的N1類車評價合格但M1類車評價不合格次數(14次)中占了11次。

圖1 31次N1類車不同考核標準不合格次數統(tǒng)計

由于第(1)(3)(4)(5)4項性能指標為靜態(tài)值(即該項指標的要求上限值是一個固定不變的數值)，即考察項只需滿足數值要求即可，方便進行直觀展示，故作者先觀察該4項的結果。

圖2—圖6分別給出了31次試驗中4項性能指標的結果分布，包括假人頭部3 ms加速度數值、假人頭部性能指標HPC、頸部Y軸彎矩、胸部壓縮指標、胸部黏性指標。

圖2給出了31次試驗中假人頭部3 ms加速度數值的情況， GB 11551-2014 《汽車正面碰撞的乘員保護》中規(guī)定不得超過80g。駕駛員有10次超標，前排乘員有5次超標，其中有4次是駕駛員和前排乘員同時超標。在所有的超標數據中，最差的一個數據加速度數值甚至達到了標準要求上限值的2倍。由于該數據是M1類車輛和N1類車輛的共同考察指標，該指標不達標則該車型不達標，要求相同，故這里不做贅述。

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

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

圖3 假人頭部性能指標

從該項數據的表現看，駕駛員超標4次，前排乘員超標6次，其中駕駛員和前排乘員同時超標2次。該指標同樣是M1類車和N1類車共同考察項，這里對該項結果不做贅述。

圖4給出了31次試驗中假人頸部Y軸彎矩的情況。GB 11551-2014 《汽車正面碰撞的乘員保護》中規(guī)定頸部Y軸彎矩不得超過57 N·m。該項指標僅用來考核M1類車，不考核N1類車。該項指標駕駛員超標次數略多于前排乘員的超標次數。同時，駕駛員和前排乘員的超標很多時候是同時出現的。具體不合格情況如下：駕駛員超標9次，前排乘員超標6次，駕駛員和前排乘員同時超標5次。由于該項是僅對M1類車有要求，對N1車不做要求。如果只看N1類車已經合格的試驗(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不合格)，占比將近1/3；上述17次符合N1類車要求但不符合M1類車要求的次數為8，占比超過1/2。也就是說頸部Y軸彎矩超標是導致(合格的)N1類車不符合M1類車標準的重要原因。

圖4 假人頸部Y軸彎矩

圖5給出了31次試驗中假人胸部壓縮指標的情況。GB 11551-2014 《汽車正面碰撞的乘員保護》中規(guī)定胸部壓縮指標不得超過75 mm。該項指標是M1類車和N1類車的共同考察項。由圖5可以看出，所有的31次試驗中，都在標準要求的上限范圍內。總的來說，該項指標31個N1類車樣本表現良好。

圖5 假人胸部壓縮指標

圖6給出了31次試驗中假人胸部黏性指標的情況。GB 11551-2014 《汽車正面碰撞的乘員保護》中規(guī)定胸部黏性指標不得超過1.0 m/s。該項指標是僅考核M1類車，不考核N1類車。該項數據上，駕駛員4次超標，前排乘員沒有出現超標現象。符合N1類車要求的樣車中，有2次該項數據不合格。

圖6 假人胸部黏性指標

如前所述，31次試驗中，有17次是合格的(即滿足N1類車的要求)，其中，這17次合格中有9次也滿足M1類車的要求，有8次不滿足M1類車的要求，不滿足的指標見表1。可以看到，頸部傷害指標NIC超標2次，頸部Y軸伸張超標5次(其中3次駕駛員和前排乘員同時超標，該3次中有1次頸部傷害指標NIC也超標)，胸部黏性指標超標2次。

表1 符合N1類車要求但不符合M1類車要求的樣品情況

注：表頭中加粗為M1類車考察項但非N1類車考察項，有“×”標記說明該指標不合格。

也就是說，頸部傷害超標是合格的N1類車不滿足M1類車指標要求的主要原因(75%)，其中Y軸超標又是主要原因(62.5%)。

3 結論

N1類車只要符合GB 11551-2014 《汽車正面碰撞的乘員保護》中對N1類車的要求即可進入市場。但實際上，在車禍中，M1類車和N1類車承受的傷害是等價的，如果區(qū)分開M1類和N1類車的考核標準，就會在實際事故中減弱N1類車對乘員的保護作用，增加乘員受傷害的可能。作者希望相關部門在GB 11551的后續(xù)修訂中，可以適當增強對N1類車的考核標準，尤其是頸部Y軸彎矩的考核。