车对车碰撞试验约束系统主观评价方法研究
2016-06-23赵博文庄梦梦
赵博文,李 充,庄梦梦
(中国汽车技术研究中心 天津300162)
车对车碰撞试验约束系统主观评价方法研究
赵博文,李 充,庄梦梦
(中国汽车技术研究中心 天津300162)
以国内首次车对车小角度、小重叠率、高速碰撞试验为研究基础,综合运用车载高速摄像分析、传感器数据采集、车身变形量测量等技术手段,提出了一种车对车碰撞试验约束系统的主观评价方法。据此方法,对比研究了15,°轨道试验车和180,°轨道试验车的乘员约束系统在碰撞试验中的性能表现。结果表明,正、侧气囊(气帘)均需充分展开,试验车辆约束系统性能满足车对车碰撞的复杂工况要求;相较于子弹车,目标车受损更严重,约束系统表现更差。
车对车 主观评价 碰撞试验 约束系统 耐撞性
0 引 言
碰撞试验中,假人伤害值是评价车辆耐撞性的核心指标,[1-2]但伤害值只能反映特定型号假人坐在特定位置时的受伤程度。交通事故中乘员的性别、身材均不确定,座椅位置也可能与试验条件不同。[3]近年来,为了更好地评估碰撞发生后乘员面临的潜在危险,国外主流碰撞试验标准相继加入了主观评价环节。[4]2015版Euro-NCAP评价规则中,主观评价占有重要地位。其在侧碰试验中对侧气帘防护区域的考察,促使汽车厂商不断优化侧气帘设计[5-6];IIHS的SOB试验[7](小重叠偏置壁障碰撞)是目前业内公认难度最大的碰撞试验。其评分办法由3部分组成,分别是约束系统与假人动力学分析、假人伤害值、车身结构耐撞性。[3]三者中,针对约束系统及车身结构的考察均为主观评价。与此同时,澳大利亚和日本的NCAP标准也在逐渐添加主观评价部分。
车对车小角度、小重叠率、高速碰撞试验,冲击剧烈,条件严苛,对其试验条件、结果的研究有着广泛的工程意义和现实意义。本文以国内首次车对车小角度、小重叠率、高速碰撞试验为研究对象,参考Euro-NCAP的ODB试验及IIHS的SOB试验的主观评价方法,充分考虑汽车对碰试验的复杂性和特殊性,综合运用高速摄像分析(车载摄像和外部摄像)、车身结构变形量测量、传感器数据采集等方法,提出了一种对碰试验约束系统主观评价方案。并据此方案,分别对对撞试验中的15 °轨道试验车(以下简称子弹车)和180 °轨道试验车(以下简称目标车)主观评价打分,依据评价结果,得到指导试验和设计的有用结论。
1 车对车碰撞试验约束系统主观评价方法
对碰试验中,从假人伤害值和结构变形量来看,驾驶员受到的伤害都要远大于同车的乘员。为简化评价流程,突出考核重点,本文的主观评价均只针对驾驶员侧展开。
1.1 正面气囊
1.1.1 稳定接触
假人向前运动时头部与正常展开的气囊充分接触,并在回弹过程中未与其他结构二次接触。试验前将假人头部涂色(额头红、鼻子棕、下巴蓝)。稳定接触时,假人面部工字型色带应落在气囊中心区域,且足够清晰。此时,“正面气囊”项不扣分。
1.1.2 部分接触
假人头部向前运动时得到气囊较充分的保护,但在接触过程中发生明显侧向滑动,向A柱偏移。假人头部色带在气囊上痕迹不清晰或第一接触位置偏离气囊中心。气囊点爆时刻提前,仍被视为部分接触。此时,“正面气囊”项减1分。
1.1.3 不足接触
假人头部向前运动时未得到足够约束和保护,接触气囊时发生严重滑移,与A柱、仪表盘或其他内饰件接触。点爆时刻延迟,即头部与气囊接触时,气囊仍处于充气阶段,则仍被视为不足接触。此时,“正面气囊”项减2分。
1.1.4 假人回弹异常
碰撞中假人运动可分3阶段:①向前运动;②接触气囊;③回弹至座椅。回弹方向或速度异常时,假人无法返回正确座椅位置,恢复安全坐姿。这会增加假人受到二次伤害的可能性。碰撞后假人坐姿与试验前差异明显时,“正面气囊”项减1分。
1.2 侧面气囊(气帘)
1.2.1 侧气囊(气帘)展开充分,有效约束假人侧向移动
充分展开的侧气帘与驾驶员气囊配合,完全覆盖A柱及其附近内饰件;充分展开的侧气囊(气帘)可完全覆盖同侧“daylight opening”。[8]此时,“侧面气囊”项不扣分。
1.2.2 侧气囊(气帘)展开充分,部分约束假人侧向移动
充分展开的侧气帘覆盖A柱及其附近内饰件的大部分区域;充分展开后的侧气囊(气帘)只能覆盖“daylight opening”的大部分区域。 此时,“侧面气囊”项减1分。
1.2.3 侧气囊或侧气帘未展开或展开不充分
当试验车未配备侧气囊或侧气帘,或未正常展开时,“侧面气囊”项减2分。
1.2.4 假人头部横向偏移严重
碰撞时,假人头部的大部分偏出车窗。此时,“侧面气囊”项减3分。
1.3 座椅与车门
1.3.1 座椅失效
试验车上任意一个固定座椅的螺栓断裂、脱落、弯折,“座椅与车门”项减5分。
1.3.2 安全带预张紧异常
安全带不具备预张紧功能,或未按正确方式预紧,“座椅与车门”项减1分。
1.3.3 安全带预紧力过大
假人肩带或腰带的预紧力峰值超过6,kN,“座椅与车门”项减1分。
1.3.4 不具备安全带提醒功能
任意座椅不具备安全带提醒功能或提醒效果不显著,“座椅与车门”项减1分。
1.3.5 试验后车门无法正常打开
试验后,任意车门无法在不需工具的前提下被正常打开,“座椅与车门”项减1分。
1.3.6 试验过程中车门开启
“座椅与车门”项减5分。
试验前,预设评价得分为10分。试验后,综合分析高速摄像、传感器数据,对比试验前后车辆和假人状态,按上述项目依次打分。得分为9~10分时,评级为优;得分为8~9分时,评级为良;得分为6~8分时,评级为可;得分为6分以下时,评级为差。综上,车对车碰撞试验约束系统主观评价方法可总结如表1所示。
2 车对车碰撞试验约束系统主观评价实例
2014年10月31日,广汽本田汽车公司与中国汽车技术研究中心合作,完成了“广汽本田车对车15,°角小重叠率高速碰撞试验”。下面严格依照上述评价方法,对两试验车分别进行主观评价。碰撞中两车受损程度差异明显,为方便区分,将15,°轨道试验车命名为“子弹车”,180,°轨道试验车命名为“目标车”。
表1 车对车碰撞试验约束系统主观评价方法Tab.1 Subjective evaluation method for restraint system in the car to car collision test
2.1 子弹车约束系统主观评价
2.1.1 正面气囊
子弹车驾驶员气囊展开充分,点火时刻正确,与假人接触较稳定。如图1所示,假人头部颜色带完全落在气囊中心区域,痕迹清晰,滑移很小。假人与气囊接触时,姿态、方向均正常,管柱转动较小。假人侧向位移较小,即便在头部横向偏移最严重的时刻,绝大部分仍未脱离驾驶员气囊。
试验后假人坐姿如图2所示。假人在接触气囊后回弹至座椅,并保持了与试验前近似的坐姿。其关键部位在回弹过程中未与B柱、车门、侧窗玻璃等结构接触。
图1 子弹车驾驶员气囊展开Fig.1 Driver airbag unfolded in bullet car
图2 试验后子弹车驾驶员坐姿Fig.2 Sitting posture of driver in bullet car after the test
2.1.2 侧面气囊(气帘)
侧气囊(气帘)展开充分,点火时刻与充气量均正常。如图3所示,展开后的侧气帘可完全覆盖A柱及其附近内饰件,并可完全覆盖本侧“daylight opening”。
图3 子弹车侧气囊(气帘)展开Fig.3 Side airbag(air curtain)unfolded in bullet car
如图4所示,从正上方机位观察,子弹车驾驶员头部碰撞全程均未偏移出车窗。
图4 碰撞接触点正上方机位视图Fig.4 Top view of collision point
2.1.3 座椅与车门
试验前在驾驶员的肩带腰带上安装张力传感器,以检测安全带张力的变化。据张力传感器数据,子弹车驾驶员安全带在碰撞过程中预紧时刻正确,预紧力大小合适,预紧效果明显。试验中子弹车无车门开启。如图5所示,试验后全部车门均可正常打开。
图5 试验后子弹车各车门打开示意图Fig.5 Bullet car with doors open after the test
逐条打分后,子弹车的得分为满分10分,评级为优秀。
2.2 目标车约束系统主观评价
2.2.1 正面气囊
目标车驾驶员气囊展开充分,点火时刻正确。如图6所示,假人头部颜色带大部分落在气囊中心区域,但鼻子偏离中心点较远,五官痕迹较模糊。假人头部与气囊接触时方向与姿态均不理想。假人头部侧向位移较大,最严重时已基本脱离气囊约束,开始向A柱滑移。综上,目标车被认定为“部分接触”,减1分。
图6 目标车驾驶员气囊展开Fig.6 Driver airbag unfolded in target car
试验后假人坐姿如图7所示。假人在接触气囊后回弹至座椅,并保持了与试验前近似的坐姿。其关键部位在回弹过程中未与B柱、车门、侧窗玻璃等结构接触。
图7 试验后目标车驾驶员坐姿Fig.7 Sitting posture of driver in target car after the test
2.2.2 侧面气囊(气帘)
侧气囊(气帘)展开充分,点火时刻与充气量均正常。
图8 目标车侧气囊(气帘)展开Fig.8 Side airbag(air curtain)unfolded in target car
如图8所示,展开后的侧气帘完全覆盖A柱及其附近内饰件,并可完全覆盖本侧“daylight opening”。如图4所示,目标车驾驶员头部在碰撞全程均未侧偏出车窗。
2.2.3 座椅与车门
根据张力传感器数据,安全带预紧时刻正确,但肩带力达到7.8,kN,超出6,kN的限值,减1分。试验中目标车无车门开启。如图9所示,试验后各车门均可正常打开。
图9 试验后目标车各车门打开示意Fig.9 Target car with doors open after the test
逐条打分后,目标车的得分为8分,评级为良好。与子弹车相比,目标车在正面气囊接触稳定性和安全带预紧力两项中表现较差。
3 结 论
本文提出了一种车对车碰撞试验约束系统主观评价方法,并根据此方法针对实例进行了评价。由评价结果,可得到以下结论:
①与常规正、侧碰试验不同,车对车碰撞试验工况复杂,条件严苛,驾乘人员同时受多个方向的力和力矩的共同作用。只有正面气囊、侧面气囊(气帘)、座椅、安全带等协调作用,才能实现有效约束和保护。
②子弹车和目标车受损程度差异较大。子弹车的约束系统表现更好,目标车在正面气囊接触稳定性和驾驶员肩带力两方面差距较大。
③为保证主观评价的全面性和准确性,多种技术手段的综合运用必不可少。本研究主要采用了以下技术手段:车载高速摄像分析、车身结构位移量测量、碰撞传感器数值分析及试验前后车辆假人状态对比。
[1] 张金换,杜汇良,马春生. 汽车碰撞安全设计[M].北京:清华大学出版社,2010.
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[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