汽车试验学第7章-整车碰撞安全性试验

7.1概述7.2碰撞试验假人技术7.3实车碰撞试验7.4碰撞试验测量系统第7章整车碰撞安全性试验7.1概述根据试验方法不同，汽车碰撞试验可以分成实车碰撞试验，滑车模拟碰撞试验和台架试验。实车碰撞试验与真实的汽车碰撞事故情形最接近，其试验结果最具说服力，是综合评价汽车碰撞安全性能的最基本的试验方法。其他两类试验都是以实车碰撞的结果为基础，模拟碰撞环境的零部件试验。7.1.1实车碰撞试验分类根据碰撞试验实施的目的不同，实车碰撞试验可分为3类：（1）政府法规要求的强制性试验。（2）汽车制造厂自己制订的碰撞试验方法。（3）为消费者提供信息的试验。7.1.2伤害基准伤害基准研究乘员死亡、重伤、轻伤等的伤害程度，反映人体对不同伤害的解剖学反应和生理反应，以及由此产生加减速度、负荷、变形量等物理量的基准。通常用头部、颈部、胸部、腹部、腰部、大腿和小腿等位置在碰撞试验中的物理量变化作为评判。1.头部性能指标（HPC）在试验过程中，如果头部与任何车辆部件不发生接触，则认为符合要求；若发生接触，则由下式计算头部性能指标（HPC）7.1.2伤害基准a(t)为对应头部重心的3个方向合成加速度；t1和t2为HPC取得最大值的时间间隔的起始和终止时刻点，t2-t1≤36ms。2.颈部颈部的伤害值规定为上下方向的拉伸、压缩，前后方向的剪切力，向后的弯曲力矩。新FMVSS208中，用Nij来评价。7.1.2伤害基准FZ为颈部上下方向压缩、拉伸负荷；MOCy为颈部中心力矩；FZC、Myc为由假人类型决定的常数。3.胸部胸部的伤害值用肋骨的变形量（胸挠度）脊椎上部测得的加速度，以及变形量与变形速度的乘积VC（ViscousCriteria）来评价。7.1.2伤害基准D(t)为胸部变形量，s和c是由假人类型决定的常数。4.大腿正面碰撞时大腿的伤害值是采用大腿骨轴向输入的负荷评价在FMVSS208中通过人体骨折极限实验，定义负荷基准为10kN。7.1.2伤害基准5.小腿正面碰撞时小腿的伤害值是胫骨的轴向负荷引起的膝关节大腿骨的变形量，用TI来评价。7.1.2伤害基准

，Mx为绕胫骨前后轴的力矩，My为绕胫骨左右轴的力矩；FZ为胫骨上下方向的负荷，MC=225N·m，FC=35.9kN。7.2碰撞试验假人技术7.2.1

假人开发的意义目的：了解伤害机理，寻求避免或减轻在碰撞中造成人体严重损伤的途径。因此，必须了解碰撞伤害的机理、定量地描述人体组织响应、确定人体造成无法恢复的严重损伤的响应水平、开发与人体生物力学特性相似的碰撞试验假人，用于精确地评价人体伤害、开发保护系统以减少作用在人体上的碰撞能量。7.2.1

假人开发的意义碰撞试验假人（Dummy），又称为拟人试验装置（AnthropomorphicTestDummy），是用于评价碰撞安全性的标准人体模型。假人的尺寸、外形、质量、刚度和能量吸收性能及动力学响应与相应的人体十分相似。在假人上装备有传感器，可用于测量人体各部位的加速度、负荷、挤压变形量等。7.2.2假人的分类按人体类型分：成年人假人中等身材男性假人：汽车碰撞试验中最常用，代表欧美男性第50百分位成年人的平均身材小身材女性假人：代表欧美第5百分位女性成年人的体型大身材男性假人：代表欧美第95百分位男性成年人的体型儿童假人指定年龄组儿童的平均身高和体重，不考虑性别。7.2.2假人的分类根据碰撞试验不同分类：正面碰撞假人侧面碰撞假人后面碰撞假人行人保护等试验用假人前三种为坐姿假人，最后一种为站姿假人。7.2.2假人的分类（1）正面碰撞假人最早用于评价乘员约束系统的牢固性。结构结实，外形和体重与人体相似主要缺点：碰撞响应与人体不同，也不能装备足够的测量传感器。值得一提的是HybridII和TNO107.2.2假人的分类（1）正面碰撞假人HybridIII现已为世界碰撞基准和包含日美欧的NCAP广泛使用。7.2.2假人的分类（2）侧面碰撞假人使用检测胸部横向冲击和变形的假人。美国开发了成年男性侧面碰撞假人SID。欧洲也开发了EuroSID-1假人，用于欧洲、日本及NCAP。WorldSID是目前唯一一个侧面碰撞生物保真性能满足ISO标准要求的侧面碰撞假人。7.2.2假人的分类（3）后面碰撞假人可再现颈部的动作，模拟脊椎每一节的具有脊柱的假人BioRID-II。BioRID-II被美国IIHS和英国Thatcham评价头颈碰伤时使用，欧洲的NCAP也正在讨论进行头颈碰伤方面的评价。7.2.2假人的分类（4）行人保护用假人再现行人事故时，使用站姿假人，目前尚无这方面的实车试验法规，也没有像乘员假人那样的标准假人。目前的行人假人是PolarII。7.2.3假人的标定实车碰撞试验是在0.1s内完成的不可重复再做的试验，它综合了机械运动学、电子学、光学、计算机等科学技术，试验使用真实车辆和许多一次性消耗材料，成本很高。为保证假人精度，试验前应对其头部、颈部、胸部和膝部等重要部位进行标定试验。1.头部标定试验将头部总成在温度为19～25℃，相对湿度为10%～70%的环境中至少放置4h；清洗头皮表面和碰撞板表面；悬挂头部，保证前额最低点低于鼻子最低点12.7mm，同时保证其中心对称面处于垂直状态；利用释放装置使头部从规定高度下落，保证一经释放，头部应立即落向表面平整、刚性支撑的水平表面，其光洁度应在0.2～2.0μm范围内；同一头部两次连续试验时间间隔不应少于3h。2.胸部标定试验2.胸部标定试验将试验假人放置在湿度为10%～70%的环境中直至假人肋骨温度稳定在20.6～22.2℃之间为止；调整试验摆锤的纵向中心线，使之低于3号肋骨中心线（12.7±1.0）mm，用试验摆锤撞击假人胸部，保证在碰撞瞬间，试验摆锤的纵向中心线与假人中心对称平面内的某一水平线重合，误差为±2°；碰撞时对试验摆锤加以导向；用胸骨内的电位计沿试验摆锤的纵向中心线测量胸骨相对胸椎水平方向上的偏移。3.膝部标定试验用腿部载荷传感器模拟装置紧固膝盖总成试件；将试件置于温度为18.9～26.5℃之间，相对湿度为10%～70%的试验环境中至少4h，然后再用于试验；调整试验摆锤的纵向中心线，使得摆锤与膝部接触时，其纵向中心线与大腿力传感器模拟装置的纵向中心线重合，误差不大于±2mm；对摆锤加以导向，保证在试验摆锤与膝部接触的时刻不发生明显的横向和垂直方向上的运动或转动。3.膝部标定试验7.3实车碰撞试验日本JARI实车碰撞实验室布局简图7.3.1碰撞试验设备一个较完善的实车碰撞实验室应包括：碰撞区、牵引系统、浸车环境室、照明系统、假人标定室、测量分析室及车辆翻转台等。主要设备包括：固定壁障移动壁障车辆动态翻滚试验装置车辆静态翻滚试验装置牵引系统1.固定壁障正面碰撞试验区域设置有固定壁障。SAEJ850推荐，固定壁障表面至少宽3m、高1.5m，表面垂直于壁障前路面，覆盖19mm厚的胶合板，壁障尺寸和结构应足以限制其表面变形量小于车辆永久变形量的1%。日本标准JISD1060-1982中要求壁障宽3m、高1.5m、厚0.6m，质量不低于70t。2.移动壁障侧面碰撞和追尾碰撞采用移动壁障对停放在碰撞区域中的试验车辆实施碰撞。移动壁障的质量、碰撞表面结构按照不同的试验要求是不同的。由碰撞块和移动车组成的移动壁障3.车辆动态翻滚试验装置试验车放置在一个倾斜23°的平台上，平台以48.3km/h的速度运动，到达动态翻滚

区后平台与地面冲击缓冲器碰撞，试验车脱离平台产生动态翻滚。4.车辆静态翻滚试验装置FMVSS301规定，碰撞试验后应测量0°、90°、180°和270°各位置的燃油泄漏。为此在碰撞区附近建造静态翻转试验台，对碰撞后试验车进行燃油泄漏试验。5.牵引系统牵引系统是将试验车辆或移动壁障由静止加速到所设定的碰撞初速度的装置。要求：（1）准确的速度控制，以满足试验法规中规定的碰撞速度要求。（2）对放置有假人的试验车辆，在牵引过程中，为防止加速过程中假人姿态发生变化，加速度不能过大。（3）具有导向和脱钩装置。7.3.2正面碰撞试验根据碰撞范围不同，正面碰撞试验可分为全宽碰撞、40%偏置碰撞和30°斜碰撞。7.3.2正面碰撞试验美国和日本都比较注重100％重叠刚性固定壁障的碰撞试验（全宽碰撞）碰撞速度分别为56km/h（美）和55km/h（日），以40％的偏置碰撞作为补充。我国目前唯一施行的强制性检验项目是100％重叠刚性固定壁障的碰撞试验，试验速度为48～52km/h。欧洲在碰撞试验方面比较注重对事故形态的模拟，而完全发生正面100％重叠的碰撞事故并不多见，所以欧洲并没有强制实施100％重叠的正面碰撞试验，相反，对40％重叠的偏置碰撞要求相当严格。7.3.2正面碰撞试验1.试验方法正面碰撞试验是将车辆加速到指定碰撞速度，然后与固定壁障进行碰撞的试验。一般汽车的碰撞方向与固定壁障垂直。碰撞瞬间，车辆不再承受任何附加转向或驱动。试验车在撞击固定壁障之前处于匀速行驶状态。试验车的纵向中心平面应垂直于固定壁障，其到达壁障的路线在横向任一方向偏离理论轨迹均不得超过15cm。2.试验要求（1）试验场所（2）固定壁障（3）汽车质量（4）前排座椅的调整（5）假人的安放（6）测试设备3.评价标准（1）正面撞击壁障时，转向柱管和转向轴的上端允许沿着平行于汽车纵向中心线的水平方向向后窜动，窜动量不得大于127mm。（2）撞击后以最快速度检查燃油箱及燃油管有无泄漏，并检查泄漏处状况及泄漏总量。燃油泄漏总量在5min内不得大于200mL。3.评价标准（3）试验过程中，车门不得开启，前门的锁止系统不得发生锁止。碰撞试验后，不使用工具应能对每排座位对应的门，至少有一个门能打开。必要时，改变座椅靠背位置使得所乘人员能够撤离。若将假人从约束系统中解脱时，如果发生了锁止，通过在松脱位置上施加不超过60N的压力，该约束系统应能被打开，从车辆中完好地取出假人。3.评价标准（4）安全评价指标：头部性能指标（HPC）≤1000；胸部变形的绝对值应≤75mm；沿轴向传递至假人每条大腿的压力应≤10kN。7.3.3侧面碰撞试验目前侧面碰撞法规还没有统一，主要有欧洲ECER95和美国FMVSS214两种方式。ECER95FMVSS2141.试验方法与要求试验时，试验车辆静止，移动变形壁障正面中垂线对准试验车辆驾驶员座椅R点，以一定的速度垂直撞击车身侧面。我国规定的碰撞瞬时移动壁障的速度为（50±1）km/h，且该速度至少在碰撞前0.5m内保持稳定。2.评价标准（1）乘员损伤评价指标包括头部、胸部、腹部和腰部各损伤值。（2）在试验过程中车门不得开启。（3）碰撞试验后，不使用工具应能打开足够数量的车门，使乘员能正常进出。必要时可倾斜座椅靠背或座椅，以保证所有乘员能够撤离；能将假人从约束系统中解脱；能将假人从车辆中移出。2.评价标准（4）所有内部构件在脱落时均不得产生锋利的突出物或锯齿边，以防增加伤害乘员的可能性。（5）在不增加乘员受伤危险的情况下，允许出现因永久变形产生的脱落。（6）碰撞试验后，如果燃油供给系统出现液体连续泄漏，其泄漏速度不得超过30g/min；如果燃油供给系统泄漏的液体与其他系统泄漏的液体混合，且不同的液体不容易分离和辨认，则在评定连续泄漏的泄漏速度时记入所有收集到的液体。7.3.4追尾碰撞试验汽车由于在追尾碰撞事故中燃油箱及管路渗漏爆炸起火在事故车辆中仅占1%，但此类事故一旦发生，后果十分严重。我国于2006年发布了汽车追尾碰撞的强制性试验标准GB20072-2006《乘用车后碰撞燃油系统安全要求》。1.试验方法在进行汽车后碰撞安全性评价时，采用碰撞装置与试验车辆后部碰撞的方式，模拟与另一行驶车辆发生后碰撞的情况。碰撞装置可以为移动壁障或摆锤。试验时，碰撞装置以一定速度与试验车辆后部碰撞，根据燃油系统的泄漏情况评价汽车后碰撞的安全性。2.试验要求（1）试验场地（2）碰撞装置（3）碰撞装置的驱动型式3.评价标准在碰撞过程中燃油装置不应发生液体泄漏。碰撞试验后，燃油装置若有液体连续泄漏，则在碰撞后前5min平均泄漏速率不应大于30g/min；如果从燃油装置中泄漏的液体与从其他系统泄漏的液体混淆，且这几种液体不容易分开和辨认，则应根据收集到的所有液体评价连续泄漏量。不应引起燃料的燃烧。在碰撞过程中和碰撞试验后，蓄电池应由保护装置保持自己的位置。7.3.5C-NCAP碰撞试验各国NCAP测试程序不尽相同，可包括正面碰撞、侧面碰撞、侧面柱撞、追尾测试、18个月儿童动态测试、3岁儿童动态测试、行人保护等项目。公认最严格的是欧盟的EURO-NCAP测试。NCAP的测试结果根据头部、胸部、腿部等主要部位的伤害程度对试验车的安全性进行分级，评价共分五个星级，五星级为碰撞试验安全性最好的。7.3.5C-NCAP碰撞试验对于前两项试验，前排驾驶员和乘员位置分别放置HybridIII型第50百分位男性假人，第二排最右侧座位放置HybridIII型第5百分位女性假人，试验时假人佩戴安全带，考核安全带性能。每项最高得分18分。（共36分）7.3.5C-NCAP碰撞试验总分≥60分≥52且＜60分≥44且＜52分≥36且＜44分≥28且＜36分＜28分星级5+（★★★★★☆）5（★★★★★）4（★★★★）3（★★★）2（★★）1（★）星级评分标