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汽車被動安全性能試驗

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第六章 汽車被動安全性能試驗
6.1  概述
6.2  零部件臺架試驗方法及典型設(shè)備
6.3  零部件模擬碰撞試驗方法與典型設(shè)備
6.4  實車碰撞試驗方法與試驗設(shè)備
6.5  汽車被動安全研究新方向—計算機(jī)仿真研究（自學(xué)）
一、概述
 汽車被動安全性能試驗方法可分為三類：臺架試驗、模擬碰撞試驗和實車碰撞試驗。
二、零部件臺架試驗方法及典型設(shè)備
  主要介紹車頂及側(cè)門強(qiáng)度、安全帶固定點強(qiáng)度、門鎖及門鉸鏈、安全帶、座椅及頭枕、燃油箱、安全方向柱、內(nèi)部凸出物的零部件等的臺架試驗方法，并簡要介紹已得到廣泛采用的典型試驗設(shè)備。
1、車頂及側(cè)門強(qiáng)度試驗
目的一：車頂強(qiáng)度試驗是評價汽車發(fā)生滾翻事故時，為了確保乘員的生存空間，車頂應(yīng)具備的最低強(qiáng)度。
 FMVSS 216條款規(guī)定了車頂強(qiáng)度的試驗方法及性能要求.
   試驗方法：主要是檢驗橫滾過程中頂棚支撐構(gòu)件的強(qiáng)度-用剛性平板對車頂規(guī)定位置加載，考慮到轎車翻車后在平地上的平衡姿態(tài)，加載角度為前傾角5°，側(cè)傾角25°；以12.7mm/s速度加載，直至載荷達(dá)到空車質(zhì)量1.5倍或22246N力中的較大者為止，此時加載平板的位移不應(yīng)超過127mm，試驗應(yīng)在120s內(nèi)完成。
車頂強(qiáng)度試驗裝置的安裝及使用
二、零部件臺架試驗方法及典型設(shè)備
側(cè)門強(qiáng)度試驗裝置的安裝和使用
 試驗方法：用剛性圓柱或半圓柱向車門中點施加水平的橫向載荷，以載荷—變形曲線評價車體側(cè)面是否具有一定的抗力。
1、車頂及側(cè)門強(qiáng)度試驗
  目的二：側(cè)門強(qiáng)度試驗是評價汽車在側(cè)面撞車時，為了使側(cè)門進(jìn)入車室產(chǎn)生的危險減到最低，側(cè)面應(yīng)具備的最低強(qiáng)度。
 FMVSS 214、ADR29條款（澳大利亞汽車設(shè)計規(guī)則）都規(guī)定了側(cè)門強(qiáng)度的試驗方法及性能要求
二、零部件臺架試驗方法及典型設(shè)備
1、車頂及側(cè)門強(qiáng)度試驗
   共用一套設(shè)備
  車頂及側(cè)門強(qiáng)度試驗臺：
 試驗裝置可進(jìn)行上下左右和前后調(diào)節(jié)，加載裝置也可進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)。
車頂及側(cè)門強(qiáng)度試驗裝置
二、零部件臺架試驗方法及典型設(shè)備
 試驗方法:對套在安全帶上的人體模型施加一定的載荷。
對第Ⅱ類安全帶，對腰帶及肩帶部分分別用不同的加載塊同時加載，腰帶及肩帶部分加載方向為水平向前方向10°±5 °GB14167規(guī)定腰帶及肩帶部分的載荷均為13500N，加載要求在60s內(nèi)完成達(dá)最大載荷時要維持0.2s。試驗中固定點不許脫落，但可以產(chǎn)生永久變形
2、安全帶固定點強(qiáng)度試驗
 FMVSS 219、ECE R14、GB14167標(biāo)準(zhǔn)或條款都對安全帶固定點的位置及強(qiáng)度提出要求
 目的: 用于評價汽車撞車事故中安全帶固定點應(yīng)具備的最低強(qiáng)度; 安全帶固定點的位置也應(yīng)符合有關(guān)規(guī)定, 以保證安全帶能最有效地保護(hù)乘員
第Ⅱ類安全帶固定點強(qiáng)度試驗加載方法
二、零部件臺架試驗方法及典型設(shè)備
安全帶固定點強(qiáng)度試驗臺
  安全帶固定點試驗要求： 保證車身固定點位置于安全帶固定點位置的距離前部不大于500mm，后部不大于300mm，且加載過程中車身和車體不得發(fā)生移動。
安全帶固定點強(qiáng)度試驗裝置
 試驗裝置：一般采用液壓缸加載，上面5個液壓缸用于安全帶固定點試驗，下面2個液壓缸用于同時進(jìn)行座椅固定點強(qiáng)度試驗。
二、零部件臺架試驗方法及典型設(shè)備
門鎖靜態(tài)縱向強(qiáng)度試驗用夾具
 試驗方法: 將門鎖或門鉸鏈按實際裝車位置安裝在夾具上，進(jìn)行縱向和橫向加載。門鎖耐30g加速度慣性力試驗，在全鎖緊位置時縱向及橫向在30g加速度載荷作用下，門鎖不應(yīng)打開。
3、門鎖及門鉸鏈試驗
FMVSS 206、GB15084標(biāo)準(zhǔn)或條款都對門鎖及門鉸鏈強(qiáng)度提出了要求。
目的: 評價在汽車發(fā)生撞車事故時，把由于車門被打開或脫開而造成乘員拋出室外的可能性降至最低限度。
靜強(qiáng)度試驗用夾具
門鉸鏈靜態(tài)橫向強(qiáng)度試驗用夾具
二、零部件臺架試驗方法及典型設(shè)備
4、安全帶試驗
  目的： 對安全帶各組成部件及總成的強(qiáng)度和位移量、鎖止機(jī)構(gòu)的工作性能、卷收器等主要組成部件的抗環(huán)境干擾性以及耐久性等方面進(jìn)行評估試驗。
強(qiáng)度及位移量試驗
  目的：為了防止安全帶系統(tǒng)在前方撞車事故發(fā)生時因其組成部件的斷裂、脫開或織帶伸長量、鎖止機(jī)構(gòu)鎖止距離過大等因素造成車內(nèi)乘員向前移動量過大而可能給乘員帶來傷害所進(jìn)行的評價試驗。評價方法可分為靜態(tài)試驗和動態(tài)性能試驗。
二、零部件臺架試驗方法及典型設(shè)備
安全帶總成靜態(tài)強(qiáng)度試驗用夾具及安裝
 靜強(qiáng)度試驗： 針對安全帶各組成部件（如織帶、帶扣鎖、鎖止機(jī)構(gòu)、安裝附件等）及安全帶總成進(jìn)行的試驗。
 動態(tài)性能試驗：是評價前方撞車時安全帶各組成部件的綜合強(qiáng)度和綜合沖擊緩和性不可缺少的試驗。
   通過再現(xiàn)撞車時的減速度波形和撞車速度的模擬試驗方法完成。
強(qiáng)度及位移量試驗
二、零部件臺架試驗方法及典型設(shè)備
耐久性能試驗
  目的: 評價鎖止機(jī)構(gòu)在感受碰撞或傾斜信號時對織帶拉出的鎖止情況。卷收機(jī)構(gòu)的工作性能主要包括：緊急鎖止距離、傾斜鎖止角、卷收力等。
卷收器卷收性能試驗
  目的：評價安全帶的各主要組成部件在長期使用中對日照、高溫、低溫、大氣等各種惡劣工作環(huán)境的抵抗能力。包括鹽霧試驗、高溫試驗、低溫試驗、光照試驗等。
抗環(huán)境干擾性能試驗
 目的：評價安全帶在長期正常使用過程中，其卷收器、帶扣鎖等主要部件是否仍具有正常的使用功能以及對乘員的可靠保護(hù)作用。-應(yīng)能實現(xiàn)織帶從卷收器中自由地拉出和回卷。
卷收器耐久試驗裝置工作原理圖
二、零部件臺架試驗方法及典型設(shè)備
 靜強(qiáng)度試驗： 包括座椅總成試驗、靠背強(qiáng)度試驗以及座椅調(diào)節(jié)件試驗。
 動態(tài)性能試驗：是通過模擬、再現(xiàn)撞車時的加速度波形對座椅系統(tǒng)施加重力載荷來綜合評價整個座椅系統(tǒng)的強(qiáng)度
加速度應(yīng)不得小于20g。
5、座椅及頭枕試驗
  目的: 考核在前面和追尾撞車事故發(fā)生時，座椅固定裝置、調(diào)節(jié)裝置等部件的強(qiáng)度、座椅頭枕和座椅靠背對乘員頭部的緩沖保護(hù)作用以及頭枕的強(qiáng)度和剛度。包括：強(qiáng)度試驗、能量吸收試驗和頭枕強(qiáng)度及后移量試驗。
座椅強(qiáng)度試驗
目的: 評價在前碰撞或追尾事故發(fā)生時座椅安裝固定點、座椅骨架以及座椅調(diào)節(jié)器等各個部分的變形及破壞情況。
二、零部件臺架試驗方法及典型設(shè)備
能量吸收性試驗
 目的: 考核座椅靠背和座椅頭枕對沖擊能量的吸收性，即對乘員的頭部緩沖保護(hù)能力。頭部模型采用SAE J984標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的直徑為165mm,重量6.8kg金屬制半球狀鋼體。
 座椅靠背沖擊點及沖擊方向
頭枕后移量及強(qiáng)度試驗(追尾)
二、零部件臺架試驗方法及典型設(shè)備
 目的: 防止在車輛追尾碰撞事故發(fā)生時因乘員頭部后傾造成頸部傷害，評價座椅在受到向后負(fù)荷時座椅頭枕及座椅靠背的變形量和破壞情況等。
頭枕后移量及強(qiáng)度試驗
6、燃油箱試驗
 目的: 對燃油箱的強(qiáng)度、耐沖擊、防火、耐高溫等性能進(jìn)行評價試驗，把汽車發(fā)生事故后由于燃油泄漏而發(fā)生火災(zāi)的可能性降低至最小程度
 CFR E939.67、ECE R34、日本道路車輛安全標(biāo)準(zhǔn)11-4-11等標(biāo)準(zhǔn)都對汽車金屬燃油箱、塑料燃油箱的安全性能均提出了要求。
  落地后要求燃油泄漏量≯ 30g/min
燃油箱墜落試驗
燃油箱墜落試驗臺
二、零部件臺架試驗方法及典型設(shè)備
6、燃油箱試驗
燃油箱沖擊試驗
 試驗方法: 鋼制沖擊角錘15kg，沖擊能量30N·m.試驗前燃油箱內(nèi)沖入額定容量的低冰點液體并冷凍至－40℃,沖擊試驗后燃油箱不得泄漏
燃油箱沖擊試驗臺
 試驗臺組成: 燃燒盤、防火屏、油箱支架及導(dǎo)軌
燃油箱耐高溫防火試驗
 燃燒試驗: (三個階段，60s/階段)
  預(yù)熱階段，將燃燒盤內(nèi)燃油點燃燃燒60s；
 直接燃燒階段，將燃燒盤移至燃油箱下包圍燃燒60s；
 間接燃燒階段，用防火屏蓋住燃燒的燃燒盤，繼續(xù)燃燒60s。
二、零部件臺架試驗方法及典型設(shè)備
7、轉(zhuǎn)向柱試驗
  燃油箱燃燒試驗臺
燃油箱耐高溫防火試驗
  試驗要求: 試驗后將燃油盤移開。燃燒過程中燃油箱不得產(chǎn)生泄漏或破裂現(xiàn)象，允許產(chǎn)生永久變形。
 目的：為了評價汽車正面碰撞事故中可能發(fā)生的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對駕駛員的傷害程度，
 GB/T11557-89、ECE R12,74/29/EEC、 FMVSS 203、204等標(biāo)準(zhǔn)均對撞擊時轉(zhuǎn)向盤向后竄動量及轉(zhuǎn)向盤吸能性能提出了要求。
二、零部件臺架試驗方法及典型設(shè)備
應(yīng)對撞擊時轉(zhuǎn)向盤向后竄動量及轉(zhuǎn)向盤受撞擊時的吸能能力進(jìn)行評價評估。
要求: 試驗車輛應(yīng)為整備狀態(tài)并裝備有測試儀器, 撞擊速度48.3km/h, 記錄轉(zhuǎn)向柱上端選定點相對參考點的位置變動量。轉(zhuǎn)向柱向后竄動量限值要求≯127mm
實車障礙壁正面撞擊試驗
實車障礙壁正面撞擊試驗
二、零部件臺架試驗方法及典型設(shè)備
轉(zhuǎn)向盤撞擊吸能性能試驗
轉(zhuǎn)向盤撞擊吸能性試驗原理圖
胸塊發(fā)射裝置圖
  試驗要求:  模擬人體軀體的胸塊以24.1km/h撞擊速度正面撞擊轉(zhuǎn)向盤，記錄下水平力值，此力限值要求≯ 11123N
二、零部件臺架試驗方法及典型設(shè)備
8、內(nèi)部凸出物試驗
吸能材料的試驗裝置：采用的擺錘錘頭為直徑165mm的剛性球頭模型，其內(nèi)部裝備有加速度傳感器和速度傳感器。擺錘在撞擊中心處的當(dāng)量質(zhì)量為6.8kg。
 目的: 在汽車發(fā)生碰撞事故時，使汽車內(nèi)部凸出物對乘員的傷害降至最小，應(yīng)對內(nèi)部凸出物的突出高度、圓角及材料吸能性等進(jìn)行評價試驗。
 GB11552-89、ECE R21，74/60/EEC、 FMVSS 201等標(biāo)準(zhǔn)均對汽車內(nèi)部凸出物提出了要求
凸出物凸出高度側(cè)量儀
吸能材料撞擊吸能性試驗
 吸能材料的試驗方法：試驗時，擺錘以 24.1km/h的速度撞擊在頭部碰撞區(qū)內(nèi)選定的沖擊點，試驗結(jié)果應(yīng)滿足錘頭的減速度大于80g的持續(xù)時間不超過3ms。 
二、零部件臺架試驗方法及典型設(shè)備
三  零部件模擬碰撞試驗方法及典型設(shè)備
 概述：
 模擬碰撞試驗：以實車碰撞試驗中在車身上測得的減速度波形為依據(jù),采用與其相似的梯形波或半正弦波為標(biāo)準(zhǔn)波形,用沖撞式模擬試驗設(shè)備或發(fā)射式模擬試驗設(shè)備進(jìn)行模擬試驗。其試驗具有不損壞實車、經(jīng)濟(jì)、重復(fù)性好等優(yōu)點。
 ——沖擊時的速度；
 ——加速度峰值；
 ——到峰值加速度的上升時間或總的脈沖持續(xù)時間。
試驗對象：各種汽車安全部件，如：座椅安全帶、座椅、轉(zhuǎn)向柱等
影響模擬試驗的參數(shù):（三個重要控制參數(shù)）
1、CATARC、UTAC和TNO模擬碰撞試驗裝置-沖撞型
 使用適當(dāng)方法（電機(jī)和橡皮繩彈射），將滑車加速到規(guī)定車速后使脫離牽引的滑車與固定壁上的吸能緩沖器碰撞，急速將滑車車速從v0下降到0，通過調(diào)節(jié)緩沖器的性能使滑車產(chǎn)生的減速度波形與實車對固定壁碰撞的相當(dāng)。
CATARC模擬碰撞裝置示意圖
三  零部件模擬碰撞試驗方法及典型設(shè)備
2、HYGE試驗裝置-發(fā)射型
三  零部件模擬碰撞試驗方法及典型設(shè)備
簡介:[美]Bendix公司生產(chǎn)的一種廣泛應(yīng)用的較先進(jìn)的沖擊試驗裝置
 動力部分：高壓壓縮機(jī)、氮氣貯氣筒、氣液油缸（內(nèi)設(shè)改變沖擊波形的活塞針閥）
執(zhí)行部分：控制臺、導(dǎo)軌和滑車
數(shù)據(jù)采集部分：車上高速攝影機(jī)、燈光照明裝置、傳感器及信號記錄裝置、記錄分析系統(tǒng)
  試驗裝置組成：
 HYGE 試驗裝置
HYGE 試驗裝置
 正面碰撞試驗實現(xiàn)的途徑；
 碰撞用假人的開發(fā)或尸體代替乘員的試驗；
 數(shù)據(jù)采集與處理；
 圖像分析；
 乘員傷害指標(biāo)的確定。
實車碰撞試驗：是評價汽車碰撞安全性能得最基本、最有效的方法。是從乘員保護(hù)的觀點出發(fā)，以交通事故再現(xiàn)的方式，來分析車輛碰撞前后的乘員與車輛運(yùn)動狀態(tài)及損傷狀況，并以此為依據(jù)改進(jìn)車輛結(jié)構(gòu)安全性設(shè)計，增加或改進(jìn)車內(nèi)外乘員保護(hù)裝置。同時還是滑車模擬碰撞、計算機(jī)模擬計算等試驗研究的基礎(chǔ)。
 試驗分類：正面碰撞；側(cè)面碰撞、追尾碰撞、角度碰撞。
背景：歐、美從60年代初開始汽車正面碰撞試驗研究工作。
研究范圍：
 碰撞方式(FMVSS208法規(guī)《乘員碰撞保護(hù)》,48.3km/h)：
 車輛縱軸線與壁障表面垂直；
 車輛橫截面與壁障表面成30°角，碰撞時車輛左前端先接觸；
 車輛橫截面與壁障表面成30°角，碰撞時車輛右前端先接觸。
1、正面碰撞試驗
四  實車碰撞試驗方法與試驗設(shè)備
 各國正面碰撞試驗方法與評價指標(biāo)比較
各國正面碰撞試驗方法與評價指標(biāo)比較一覽表   
 各國正面碰撞試驗方法與評價指標(biāo)比較
各國正面碰撞試驗方法與評價指標(biāo)比較一覽表   
2、側(cè)面碰撞試驗
 移動壁障的臺車質(zhì)量、尺寸、壁障尺寸、形狀不同；
 碰撞形態(tài)不同；
 試驗用假人不同；
 碰撞速度不同；
 碰撞點的位置不同；
 乘員傷害指標(biāo)也略有不同。
 特點：歐、美現(xiàn)有的汽車側(cè)面碰撞試驗方法不同點較多
 區(qū)別：
  碰撞法規(guī)：
  FMVSS2147法規(guī)《車門側(cè)壓靜強(qiáng)度》；
 ECE法規(guī)《側(cè)碰撞保護(hù)》(1991年)；
 ISON123法規(guī)《側(cè)碰撞保護(hù)》。 
四  實車碰撞試驗方法與試驗設(shè)備
 各國側(cè)面碰撞試驗方法與評價指標(biāo)比較
各國側(cè)面碰撞試驗方法與評價指標(biāo)比較一覽表   
 各國側(cè)面碰撞試驗方法與評價指標(biāo)比較
各國側(cè)面碰撞試驗方法與評價指標(biāo)比較一覽表
3、實車碰撞試驗程序
（1）試驗車輛質(zhì)量：空載質(zhì)量十行李質(zhì)量十假人質(zhì)量（兩個假人質(zhì)量）
（2）燃油箱：抽出全部燃油，加入92％～94％油箱容積的水或其它不易燃液體
（3）被試車輛的制動液、冷卻液、機(jī)油應(yīng)全部放出（這一點沒有專門規(guī)定），防止濺灑到壁障表面和下部的高速攝影機(jī)上
（4）輪胎氣壓調(diào)到規(guī)定值
（5）車輛質(zhì)量的調(diào)整：當(dāng)車輛未達(dá)到上述（1）條規(guī)定的質(zhì)量時，應(yīng)加配重（質(zhì)量塊），加裝位置應(yīng)選擇不影響車輛碰撞和乘員保護(hù)的地方
（6）加速度傳感器安裝和目標(biāo)標(biāo)志紙設(shè)置
（7）座椅位置和靠背角度調(diào)整，轉(zhuǎn)向盤位置調(diào)整
（8）試驗車輛的基本條件：車門全閉不鎖，駐車制動釋放，變速器處空檔位置，鑰匙鎖處接通位置
（9）假人著座姿勢檢查：頭、腿和其它部位按需要涂些油彩，以幫助確認(rèn)假人碰撞部位
（10）試驗：在距碰撞點之前300mm處測量車速，碰撞試驗后進(jìn)行靜態(tài)翻轉(zhuǎn)檢驗，檢查泄漏情況 
 試驗主要步驟（美國FMVSS301 規(guī)定的正面碰撞）：
 實車碰撞試驗特點：是在0.1s內(nèi)完成的不可重復(fù)再做的試驗。綜合了機(jī)械運(yùn)動學(xué)、電子學(xué)、光學(xué)、計算機(jī)等科學(xué)技術(shù)，且試驗要用真實車輛和許多一次性消耗材料，成本很高，任何小的失誤都可能造成巨大損失
  實車碰撞試驗程序
4、實車碰撞用主要試驗設(shè)備
主要要求：
實車碰撞試驗系統(tǒng)中，碰撞時與試驗車輛相作用的物體表面稱為壁障。
移動壁障
固定壁障表面至少寬3m,高 1.5m；
壁障表面垂直于壁障前的路面且固定19mm厚多層板；
壁障尺寸和結(jié)構(gòu)應(yīng)足以限制其表面變形量小于車輛永久壓潰量的1%。
固定壁障安裝載荷傳感器 （12~50個）。
 移動壁障表面類型：
平面剛性表面（FMVSS301規(guī)定）：應(yīng)用于后碰撞試驗。
吸能表面（FMVSS214規(guī)定）：應(yīng)用于側(cè)面碰撞試驗。
 壁障
4、實車碰撞用主要試驗設(shè)備
牽引裝置要求：
是使被試車輛或移動壁障由靜止到產(chǎn)生設(shè)定的碰撞前速度的裝置。
高精度的速度控制。如正面碰撞速度：[美]48.3km/h; [日]500-2~2km/h
日本汽車研究所牽引系統(tǒng)
牽引系統(tǒng)
牽引被試車輛加速過程中，牽引加速度恒定且不能過大，保證假人姿勢不致發(fā)生變化
安全可靠且節(jié)能
日本汽車研究所牽引系統(tǒng)：
對最大速度、加速方式、牽引系統(tǒng)和 加速軌道都做了具體的規(guī)定
四、實車碰撞用主要試驗設(shè)備
制動裝置：
試驗車輛牽引加速方式多采用電機(jī)/液壓馬達(dá)驅(qū)動轉(zhuǎn)筒纏繞鋼絲繩來實現(xiàn)
在驅(qū)動軸上由液壓操縱來控制。
驅(qū)動絞車：
組成：包括連接車輛部分和引導(dǎo)部分與鋼絲繩連接
要求：脫鉤裝置在車輛碰撞前約30m與被試車輛脫開，以保證被試車輛勻速行駛一段距離
脫鉤裝置：
脫鉤裝置
4、實車碰撞用主要試驗設(shè)備
 地坑構(gòu)成：
要了解碰撞試驗過程中車輛的損傷狀況，需要分析車輛損害的工程，特別要注意從車輛下部觀測。在固定壁障前下部設(shè)置一觀測井并稱之為觀測地坑。
內(nèi)設(shè)反光鏡、高速攝影機(jī)、照明燈
地坑上蓋為一角鋼鋼筋焊接網(wǎng)狀蓋板
觀測地坑
觀測地坑
軌道
軌道是被試車輛或移動壁障實現(xiàn)動力驅(qū)動的通道。
 類型：單軌、多軌
浸車環(huán)境室
在碰撞試驗前, 裝載有假人的被試車輛必須放入能保持規(guī)定溫度的恒溫室。
FMVSS208規(guī)定：Hybrid Ⅱ18.9-25.6°， Hybrid Ⅲ20.6-22.2 °
 照度要求：
在實車碰撞試驗過程中，為了分析假人運(yùn)動特性和車輛碰撞特性，須同時采用機(jī)部高速攝影機(jī)，要求有足夠的照明設(shè)備來保證足夠的照度。
在固定壁障前方5 m × 2 m范圍內(nèi)應(yīng)能保證50000lx的照度。
照明系統(tǒng)
照明系統(tǒng)
4、實車碰撞用主要試驗設(shè)備

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