国内车辆小偏置正面碰撞试验现状

陈可明　乐中耀　李雪玲（中国汽车工程研究院股份有限公司汽车安全技术中心，重庆400039）



国内车辆小偏置正面碰撞试验现状

陈可明乐中耀李雪玲
（中国汽车工程研究院股份有限公司汽车安全技术中心，重庆400039）

【摘要】为开展真实的车辆小偏置正面碰撞试验研究，开发了一种试验辅助设备，并通过对现有试验场地进行简单改造，成功地将原来需要垂直安装在移动刚体墙上的小偏置壁障水平安装在辅助设备上再连接到地面，同时利用试验对碰大厅的开阔场地避免了测试车辆的二次碰撞，不仅顺利进行了车辆小偏置碰撞试验，且试验结果符合美国公路安全保险协会（IIHS）的标准要求，解决了我国不能进行小偏置正面碰撞试验的难题。

1　前言

自美国在21世纪初推出车辆小偏置正面碰撞的测试规程以来，我国针对这种新工况在理论分析上进行了较多的研究，但实车试验做的较少，因为要顺利进行小偏置正面碰撞的测试并满足美国公路安全保险协会（IIHS）制定的标准，对车辆碰撞测试场地和相应设备的要求较高，而目前能够进行小偏置碰撞试验的实验室屈指可数。为此，本文根据车辆小偏置碰撞试验的研究现状，针对该碰撞试验中的难点和存在的问题进行了分析，并提出了相应的解决方法。

2　车辆小偏置正面碰撞研究现状

随着汽车碰撞安全技术的不断进步，经过广大汽车制造商和科研机构的共同努力，越来越多的汽车除须满足本国政府规定的碰撞安全性法规外，还需满足美国、欧洲等地颁布的对新汽车碰撞安全的评估标准。在这些政府法规和评估标准中，包含了各种不同的汽车碰撞形式，其中有正面刚性壁障完全碰撞、40%正面偏置可变形壁障碰撞、侧面可变形移动壁障碰撞以及行人保护和后面碰撞等，但是在现实发生的重大汽车碰撞事故中，有一类正面碰撞形式——小偏置正面碰撞约占正面碰撞死亡事故的1/4［1］，而此类碰撞型式却没有被包含在各种汽车碰撞安全的国家法规和新车安全评估系统中。

基于上述原因，IIHS于2012年8月正式颁布了车辆小偏置正面碰撞的试验规范和评估标准［2］。根据IIHS当年发布的车辆小偏置正面碰撞的试验报告，大部分在北美市场上的中高档车辆只获得了勉强通过（Marginal）和差（Poor）的等级，只有Acurl TL和Volvo S60两款车获得了最高等级——优（Good），在中级车中也只有11个车型获得优（Good），至2014年，共有71款车在小偏置碰撞试验中获得可接受（Acceptable）及以上的评价［3］。

美国国家公路安全局（NATSA）也从2009年开始从事这方面的研究［4］，他们首先进行了车对车的15°斜角对撞试验，其次采用可变形移动壁障对车的斜角对撞，并将两者结果进行了对比，最后采用新的可变形壁障进行了7°斜角的20%小偏置正面碰撞试验和15°斜角的35%偏置正面碰撞试验［5］。可是多年来，NAHSA主导的小偏置碰撞方面的研究一直没有上升为车辆碰撞安全的规范和标准。

我国最早引进车辆小偏置碰撞的概念是在2012年的第十五届汽车安全技术学术会议上［6］，之后相关研究专家开展了计算机仿真分析方面的工作以及有关小偏置碰撞的交通事故研究［7～11］。

3　车辆小偏置正面碰撞试验难点和问题

3.1小偏置碰撞试验特点

IIHS定义的小偏置正面碰撞试验工况如图1所示。被测试车辆以64 km/h的初始速度正面撞击特制的小偏置刚体壁障，车体前部与壁障重叠部分为车体宽度的25%。其中，特制的小偏置刚体壁障与车体接触处有一个半径为150 mm的倒角，同时该壁障需要被固定在一个巨大的刚体墙上。

图1　IIHS定义的小偏置正面碰撞试验工况

在小偏置正面碰撞过程中，由于汽车碰撞时受载的部位在纵梁的外侧，主要承力构件（纵梁）不能通过纵向压溃变形而吸收冲击能量，因此这种碰撞往往会引起乘员舱结构严重变形，同时由于车辆重心与撞击面中心的偏离，有些车辆会发生较大的绕垂直方向的旋转和横向偏移，所以对车辆测试场地要求较高，需要有宽阔的空间以免碰撞后的车辆又与周围物体发生第2次碰撞，从而影响小偏置碰撞试验的测试结果。

目前只有IIHS的安全研究中心可以进行这种小偏置碰撞试验，因其小偏置试验壁障后面的刚体墙是可以水平移动的，试验时可根据被测试车辆的宽度调节小偏置壁障与刚体墙的相对位置，然后再用螺栓将小偏置壁障固定在刚体墙上，从而避免小偏置碰撞试验中被测试车辆车体旋转后而发生二次碰撞，IIHS小偏置碰撞测试设备与场地如图2所示。

3.2小偏置碰撞试验的难点

目前，我国已有的各汽车整车碰撞试验场地的刚体墙都是固定在地面上的，且被测试车辆的牵引跑道位于固定刚体墙的中心线上，如图3所示。如果需要进行小偏置正面碰撞试验，小偏置壁障只能垂直安装在固定刚体墙中心线的左侧。受设备与场地的限制，被测试车辆只能沿着中间的牵引跑道高速向前移动，在离小偏置壁障不远处释放牵引装置，使测试车辆以规定的速度撞向小偏置壁障，从而完成小偏置碰撞试验。

图2　IIHS小偏置碰撞测试设备与场地

图3　小偏置壁障安装在固定刚体墙上

通常，被测试车辆与小偏置壁障碰撞后会产生3种运动轨迹，如图4中路径1、路径2和路径3。路径1表明测试车辆与壁障接触后车身会擦过壁障直接向前移动，由于车体设计的原因，左前轮可能脱落，A柱和左前门可能发生的损毁较轻。路径2和路径3均表明测试车辆与壁障接触后发生逆时针方向的旋转，路径2情况下的车辆转动半径比路径3小，此时车身前部发生严重损毁，尤其是车身左侧的A柱与前门。由于小偏置壁障前部顶端与车体接触处距刚体墙的垂直距离仅为2 m，所以无论是路径1或路径2，测试车辆与壁障碰撞后都可能再撞向刚体墙而发生二次碰撞，造成车内假人的伤害值和最终运动状态发生变化，也会造成车身结构进一步的变形，达不到车辆小偏置碰撞试验的目的。但也有些测试车辆会沿着路径2在刚体墙前停止运动，从而避免与刚体墙的第二次碰撞。路径3情况下，由于车辆转动半径过大，测试车辆一般不会与刚体墙发生接触，但是受我国试验场地的条件限制，在固定刚体墙附近不会有宽阔的场地，所以测试车辆与小偏置壁障碰撞后有可能撞向附近的物体发生第2次碰撞，既可能对小偏置碰撞试验结果产生影响，也可能对周边的物体或附近建筑物墙体造成损坏。度

图4　小偏置正面碰撞后测试车辆的3种运动轨迹

综上所述，路径1和路径2情况下都有可能使测试车辆与壁障接触后再与刚体墙发生二次碰撞，而路径3情况下需要在固定刚体墙附近有较大的空间。

3.3小偏置碰撞试验存在的问题

图5～图7是美国公路安全保险协会于2014年进行的小偏置正面碰撞试验视频截图，其中虚线表示固定刚体墙的位置，如果试验时测试车辆与壁障接触后继续移动越过虚线，则表明车身前部会与刚体墙发生二次碰撞。

图5　Nissan Infiniti Q50小偏置正面碰撞试验截图

由图5可看出，测试车辆与壁障碰撞后车身发生旋转使其前部右侧已经越过虚线，表明测试车辆必然会与刚体墙发生碰撞，它与壁障碰撞后的运动轨迹是路径2。由图6可看出，测试车辆与壁障碰撞后车身前部与小偏置壁障侧面擦过，并且已经越过虚线，也表明测试车辆必然会与刚体墙发生碰撞，它与壁障碰撞后的运动轨迹是路径1。由图7a可看出，测试车辆与壁障碰撞后发生旋转，但在虚线前停止了运动，表明测试车辆不会与刚体墙接触，避免了二次碰撞，它与壁障碰撞后的运动轨迹也是路径2。由图7b可看出，测试车辆与壁障碰撞后发生旋转，最后停止在距壁障较远的位置，如果刚体墙附近没有足够大的空间，测试车辆有可能与附近物体或建筑物发生二次碰撞，它与壁障碰撞后的运动轨迹是路径3。

图6　MazdaCX9小偏置正面碰撞试验截图

图7　测试车辆与壁障碰撞后的不同运动轨迹

通常我国整车碰撞实验室所用的固定刚体墙是由水泥墩和钢板组成，并且为了与地面固定，都打了很深的地基。很厚的钢板固定在水泥墩表面，整个水泥墩质量可达数百吨，无论是将现有固定刚体墙改造成移动刚体墙，还是重新建造专门的小偏置碰撞试验用刚体墙，都面临着工程量浩大、设备成本投入巨大等问题，难以实施，因此，目前我国可有效进行小偏置碰撞的实验室寥寥无几，尤其是对SUV这类的测试车辆。

4　问题的解决与讨论

针对车辆小偏置碰撞试验中遇到的试验场地有限和固定刚体墙不能移动等问题，提出以下解决方法：对现有试验场地进行改造，以较低的成本投入实现设备功能的完善，以使小偏置碰撞试验能顺利进行。具体措施是将小偏置碰撞试验场地移至现有的车辆多角度对撞试验大厅（图8），此场地具有足够的空间，并且已建有为车辆翻滚试验铺设好的多个地锚，地锚的强度经核算能够承受小偏置试验的冲击力。根据IIHS提供的图纸，将小偏置壁障的安装方式由垂直安装在固定刚体墙改为水平安装在地锚上。该试验场地能满足不同尺寸车辆进行小偏置碰撞试验的要求。

图8　车辆翻滚试验地锚和车辆对撞试验场地空间

为了满足车辆小偏置正面碰撞试验对不同车辆宽度的要求，将小偏置壁障底部焊接有两个相互平行的安装支架（图9），由紧固螺钉将安装支架与地锚锁紧在一起（图10）。安装支架采用分体式结构，包括上压块、下压块、锁紧块和紧固螺钉（图11），通过锁紧螺钉将上压块与锁紧块锁紧在一起，以防止上压块上下窜动并可固定位置，同时，上压块可相对下压块左右移动。试验前可根据车辆宽度左右调节小偏置壁障，以使小偏置壁障最外端对准25%的汽车宽度。

5　试验验证

为验证上述试验方法的可行性，在新壁障系统安装完成后进行了一系列实车小偏置正面碰撞试验。除壁障系统外，测试车辆、试验装置、设备仪器及试验后的测试和评估（包括结构变形、假人伤害值及假人和约束系统的动态测量）等完全按照IIHS的要求和标准进行。图12为采用新壁障系统进行小偏置碰撞试验的视频载图和照片。

从图12可看出，碰撞后测试车辆与壁障已有相当一段距离，若测试场地空间不足，在车辆完全停止移动前可能会与周围物体或建筑物发生二次碰撞，达不到小偏置正面碰撞试验的目的。

图9　安装支架位置示意

图10　安装支架下压板与地锚安装示意

图11　上、下压板安装位置

图12　采用新壁障系统进行小偏置碰撞试验的视频截图和照片

6　结束语

由于受固定刚体墙位置和试验场地的条件限制，我国目前已有的整车碰撞实验室无法有效进行车辆小偏置正面碰撞试验。基于此，利用现有汽车试验场地进行简单改造，设计了一个小偏置壁障的地面辅助装置，成功地将原先需垂直安装在移动刚体墙上的小偏置壁障水平安装在辅助设备上再连接到地面，可根据被测试车辆的宽度调节壁障在导轨上的位置，并利用车辆对撞试验场地的宽阔空间，避免了车体碰撞后与周边物体或建筑物发生的二次碰撞，解决了目前我国不能进行小偏置正面碰撞试验的难题，为今后我国各主机厂进行小偏置碰撞试验提供了借鉴。

参考文献

1Sherwood C.P，Nolan JM&Zuby DS.Characteristics of small overlap crashes.21th International ESV Conference，Stuffgart，Germany，2009.

2IIHS Small Overlap Program Protocol and Rating Guide⁃ lines，Insurance Institute for Highway Safety，August 1，2012，IIHS Status Report，Small Overlap Crashes，Vol 47，No 6 August 14，2012.

3http：//www.iihs.org/iihs/news/desktopnews/family-cars-out⁃perform-luxury-models-in-rigorous-new-crash-teststrong-performance-earns-13-midsize-cars-highest-safe⁃ty-accolade.

4Fatalities in Frontal Crashes Despite Seat Belts and Air Bags，NHTSA Report，DOT HS 811 202，September，2009，/www.nhtsa.gov.

5Saunders et al，Moving Deformable Barrier Test Procedure for Evaluating Small Overlap/Oblique Crashes，SAE Int.J. Commer.Veh.，Vol 5，Issue 1，July 2012.

6陈可明，杨伟，等.车辆小偏置正面碰撞分析.第十五届汽车安全技术学术会议，芜湖，2012.

7刘珍海，乔磊磊，等.正面小重叠碰撞工况模拟研究与实车优化分析.汽车安全与节能学报，2012，3（4）：339～346.

8陈可明，胡丽娟，胡晏殊.国内某车型小偏置正碰的全面分析与评估.汽车安全与节能学报，2013，4（1）：27～34.

9崔淑娟，陈可明.某车型小重叠碰撞仿真及车体结构优化.汽车安全与节能学报，2014，5（2）：139～144.

10王翼，杨桃.车辆小重叠碰撞探讨.汽车工程师，2014 （10）：13～15，18.

11王宏雁，贾志功，陈君毅，等.基于上海市嘉定区交通事故中的小偏置碰撞特征分析.汽车安全与节能学报，2014，5（4）：343～348.

（责任编辑文楫）

修改稿收到日期为2016年2月17日。

主题词：汽车小偏置正面碰撞测试

Experimental Research on Vehicle Small Overlap Frontal Crash in China

Chen Keming，Yue Zhongyao，Li Xueling
（Automotive Safety Technology Center，China Automotive Engineering Research Institute，Chongqing，400039）

【Abstract】To carry out vehicle small overlap frontal crash test，we develop a test auxiliary device and make simple transformation to the existing test ground，and successfully run the small overlap frontal crash test.Instead of being installed on the movable rigid wall vertically as originally designed，the small overlap barrier is installed on the newly designed auxiliary device horizontally，which is then firmly mounted on the ground.The test is run on the open space of the crash hall to avoid the second crash on the testing vehicle.It turns out that results meet the standards set by the Insurance Institute of Highway Safety（IIHS），and in this way，it also solves the knotty problem that China cannot do it before.

Key words:Vehicle，Small overlap frontal crash，Test

中图分类号：U467.1

文献标识码：A

文章编号：1000-3703（2016）05-0047-05