汽车正碰偏移量问题探究

周鹏，胡经国，杜志豪

(中汽研汽车检验中心(宁波)有限公司，浙江宁波 315336)

0 引言

做汽车碰撞试验时，法规有明确规定碰撞后的偏移量要求，其中GB 11551—2014《汽车正面碰撞的乘员保护》要求车辆到达壁障的路线在横向任一方向偏离理论轨迹均不应超过150 mm[1]；GB/T 20913—2007《乘用车正面偏置碰撞的乘员保护》要求车辆应与壁障表面重叠车辆宽度的40%±20 mm[2]，即左右偏差不超过20 mm。C-NCAP中的正面碰撞和偏置碰撞试验对于偏移量也是和国标有着同样的要求。此外，碰撞的偏移还会影响安装在车辆上的加速度传感器，偏置碰中就有明确规定“加速度传感器的安装应保证实际测量轴线相对于基准轴线的偏离角不得大于5°，除非为分析安装的影响而采集数据[2]。”因此，对于碰撞偏移量的探究以及采取适当措施去控制和减小碰撞试验过程中的偏移是十分重要的。

1 汽车正碰试验中引起偏移量的原因分析

随着汽车被动安全性研究的迅速发展，实车碰撞试验过程中，试验样车的加速方式有多种，如：牵引式、利用重力式、发射式、遥控行驶式等，并且每一种加速方式又有不同的分类，而不同试验方式的试验条件也不完全相同，如试验跑道的长度、试验样车加速至碰撞过程中的运行情况等，这些因素的不同导致了跑偏方式的不同[3]。

目前试验室采用的是钢丝绳牵引式系统，该系统工作时将小滑车夹紧牵引绳，开启钢丝绳循环运转，再由小滑车带动试验车加速至试验速度，到达壁障前，利用脱钩装置脱钩，试验车辆利用惯性保持当前速度撞击壁障，完成试验。

分析整个碰撞试验过程，得出会影响试验车偏移的因素有以下几点：

(1)车辆前后找中不准。在准备车辆时需要将车辆进行对中处理，使车辆处于轨道正中间位置。所以车辆前后的中点如果有偏差，会导致车辆一开始就是偏的，牵引系统工作时，受钢丝绳牵引力作用，车辆的偏移会控制在较小范围内，但是小滑车脱钩后，车辆因惯性自由向前时会有大概率出现明显跑偏现象。

(2)用于挂车的链条左右端不对称且链条过长。链条两端不对称会导致在牵引过程中受力不均匀，使车辆发生偏转。而且如果链条过长，车脱钩后，链条与地面会接触，也有可能使链条与脱车钩接触，造成车辆偏转。

(3)车辆轮子本身有偏移。试验车辆如果没有进行过四轮定位，那就很难将车辆完全摆正，即使能够摆正，也无法阻止车辆在牵引过程中发生偏转。

(4)跑道平整度不好，左右侧不水平。车辆在理想情况下牵引，也会因为跑道平整问题在脱钩之后，车辆处于惯性自由行驶过程中造成偏转。

(5)脱钩之后发生偏离。脱钩之后，车辆因惯性自由向前滑动，此时在无牵引力的状态下，车辆受外部因素如跑道平整度、链条过长触碰地面、车轮偏转等的影响会很大。

2 测量偏移量的方法探究

为准确获得碰撞后的偏移量，需要进行测量。而测量方法有以下几种：

(1)颜料标记法。试验前在车辆的前保险杠位于车辆纵向中心线的表面两侧间隔2 mm贴两条纸胶带，将油性不易干的颜料画在中心线上，同时撕去胶带。试验后观察颜料印记与撞击面事先确定是中心线间的距离即为碰撞偏移量。例如做100%正面碰撞试验时，偏移量的测量可以是壁障处胶合板上的竖直中心线与试验车的颜料印记之间的距离；做40%偏置碰撞等试验时可在车辆和壁障上同时画上不同颜色的颜料来测量碰撞后的偏移量。图1和图2的标记线就是正碰试验时所画的线，这次试验的偏移量就是图2中线1与线2之间的距离。

图1 试验车辆最前端标记线

图2 壁障处标记线

(2)螺钉标记法。采用细小的螺钉或尖锐的硬质物固定在车辆最前端的碰撞中心线位置，在碰撞壁障处画上中心线，碰撞后螺钉在壁障表面形成的印记与中心线之间的距离即为偏移量。如图3所示。

图3 螺钉标记法

(3)摄影标对比法。通常可用于偏置类试验，在试验车辆碰撞中心线处贴上钢琴贴，在壁障侧碰撞中心线前端固定高速相机用以采集碰撞瞬间视频，根据视频中的摄影标与壁障接触观测出偏移量，如图4所示。还有一种方式是：在车辆与壁障的水平投影面上以相对固定的距离贴上宝马贴，在碰撞过程采集顶部摄像，根据录像和专用软件测算出碰撞时两个宝马贴的相对距离与试验前的固定距离比较得出偏移量，如图5所示。

图4 摄影标对比法1

图5 摄影标对比法2

(4)压纸标记法。试验车辆在碰撞壁前对正时(为调高速摄像机)将白色A4 纸横贴于地面左前车轮路径上，使碰撞时左前轮刚好压过，左后轮不能压到的位置；推动已对正车辆，使左前轮在纸上压过留下印记；车辆返回发车间后，在原来的 A4 纸位置上再对齐覆盖一张新纸；试验时车辆左前轮再次在新纸上留下印记，横向撕掉一半上层的纸，测量接缝处上下先后印记的偏差即为近似碰撞车辆轨迹偏移[4]。

图6 压纸标记法

(5)底部摄像测算法。在车辆底部贴好标记线，通过观察碰撞时的底部摄像大致测算出偏移量。

图7 底部摄像测算法

对于这几种测量偏移量的方法之间的比较来看：颜料标记法适用范围较广，精度一般，实际试验中易出现印记剐蹭、不明显等现象；螺钉标记法适用范围小，精度高；摄影标对比法适用范围广，精度一般，受硬件设备相机和计算软件的影响大，可粗略判断偏移量是否符合法规要求；压纸标记法适用范围广，精度一般，几乎可适用于任何试验，但会遇到试验车辆碰撞后反弹再次压过纸张留下二次印记，导致误差增大的情况发生；底部摄像测算法适用范围较小，精度差，可大致判断偏移量是否符合要求。在不同的试验条件下，可选择不同的方法进行测量，而且为了保证测量数据的可靠性，可选择两种以上的方法同时进行。

3 减小偏移量的改进措施

为了减小碰撞的偏移量，增加试验精度，提高试验结果的准确性，需要做一些改进的措施。采取措施前统计的20次正面碰撞试验的偏移量如图8所示。

图8 改进前正面碰撞试验的偏移量

图8中向左偏移为负，向右为正，可以看出20次试验中有12次向左偏移，8次向右偏移，偏移量的平均值为-1.45 mm，用标准偏差来表示数据的离散程度结果为15.031 55。不难分析，每次试验偏移的方向和大小都是随机的，无法从偏移量的数据入手，试图寻找规律以便减小偏移量所以改进措施需要从影响因素着手。

根据上述的几条影响因素做出如下的改进措施：试验前车辆找中过程用常规的尺子找中点与三坐标测中点相结合，找出车辆前后正确的中点；在实验准备挂牵引链条时注意链条两端一定要对称，且长度把握在刚好能挂上滑车，控制链条足够的短；试验前对没有做过四轮定位的车辆做四轮定位；脱钩位置尽量前移，缩短脱钩后汽车的自由行程。

经过整改之后，再次统计20次试验的数据，结果如图9所示。

图9 改进后正面碰撞试验的偏移量

由图9可以看出经过整改之后的20次试验中有11次向左偏移，9次向右偏移，偏移的平均值为0.89 mm，标准偏差为5.78。相比于整改前的数据，不管是平均值还是离散性都有较大的改进，能够将偏移量稳定地控制在较小范围内。

4 结束语

进行汽车碰撞试验过程中发生偏移是无法避免的，能做的就是尽量减小和控制偏移量，以免对试验的结果造成过大的影响。通过对偏移量的影响因素分析入手，提出相应的改进措施，可以得出试验前确定车辆的中点、牵引链条要对称且尺寸合适、对车辆做四轮定位以及车辆脱钩装置尽量靠近壁障等措施，这些都对改善偏移量有一定的参考指导作用。