汽車側面碰撞法規(guī)

1、汽車側面碰撞法規(guī)2.1 概述制定汽車側面碰撞法規(guī)的目的是為了降低在側碰事故中乘員受重傷和致命傷害的風險，根據(jù)法規(guī)試驗過程中測得的假人加速度，規(guī)定汽車的抗撞性能要求、車門加強要求和其他要求，以提高汽車側面碰撞安全性。汽車碰撞安全法規(guī)為消費者提供了一個系統(tǒng)、客觀的汽車安全信息，能夠促進企業(yè)按照更高的安全標準開發(fā)和生產，有效減少道路交通事故的傷害及損失。美國是最旱執(zhí)行汽車側面碰撞保護法規(guī)的國家，1990年10月美國聯(lián)邦機動車安全法規(guī)FMVSS 214(FMVSS，F(xiàn)ederal Motor Vehicle Safety Standards)在美國頒布執(zhí)行。之后，在1995年10月，歐洲也制定了相應的

2、汽車側面碰撞法規(guī)ECE R95(ECE，Economic Commission for Europe)。日本在側碰撞方面的研究始于20世紀90年代初，相關法規(guī)于1998年正式納入日本保安基準，其內容基本等同于歐洲ECER95。我國強制性標準體系也采用歐洲ECE標準體系，為了便于與國際接軌，在我國制定側面碰撞標準時是以ECE R9502法規(guī)為藍本，并結合我們國內的具體國情制定的。由于我國人體與歐洲人體差異很大，所以在制定該標準時又參考了日本的相關法規(guī)。標準于2006年7月1日開始實施，標準規(guī)定了汽車進行側面碰撞的要求和試驗程序，還對車輛型式的變更、三維H點裝置、移動變形壁障及碰撞假人進行了規(guī)定。

3、美國、歐洲現(xiàn)有的側面碰撞試驗方法存在較多的不同之處，例如：碰撞形態(tài)不同，移動壁障的臺車質量、尺寸，吸能塊尺寸、形狀、性能不同，試驗用側碰假人不同，碰撞速度不同，碰撞基準點的位置不同以及乘員傷害指標也略有不同。在本章下面的內容中，將就這些方面進行詳細的比較分析。2.2 我國側碰標準主要內容及評價指標標準內容主要涵蓋碰撞試驗方法、碰撞試驗假人、假人的傷害指標、移動壁障的質量、吸能塊的外形尺寸及剛度。具體介紹如下。 碰撞形式 移動變形壁障與靜止試驗車輛側面垂直，并垂直撞向試驗車輛。碰撞速度為50±1 kmh。測量儀器的準確度為1。碰撞試驗假人 由于我國采用ECE法規(guī)體系，故不使用美國側面碰

4、撞假人SID假人，并且由于目前相關國際組織對World SID側面碰撞假人的協(xié)調尚未達成一致，所以我國也暫不使用World SID側面碰撞假人。歐洲ECE R9502建議采用EuroSid-I的改進型ES-II，EuroSid-I側面碰撞假人到2008年后將停止使用?？紤]到我國目前MI車型有美、歐、日、韓等國不同車型的實際情況以及2008年以后World SID側面碰撞假人有統(tǒng)一使用之可能。因此，我國同時采用EuroSid-I及ES-II側面碰撞假人，試驗和評估允許任選一種假人。假人的傷害指標 由于美國和歐洲對減輕乘員在側碰撞事故中的傷害采用的方法不同，也就造就了在各自的側碰撞試驗方法中所采用

5、的假人傷害指標不同。美國認為側面碰撞對人體傷害最重的是胸部，其次是腰部，因而采用了胸部和腰部傷害指標。對于胸部傷害指標TTI，是通過肋骨和脊椎加速度值計算出來的，而腰部傷害指標是通過臀部加速度計算出來的。我國的側面碰撞法規(guī)與歐洲相同，認為側面碰撞對乘員的頭部、胸部、腹部以及骨盆的傷害較為重要，因而在乘員傷害評定指標中，采用了頭部HPC、胸部、腹部和骨盆性能指標來評價。并且對試驗車輛有如下要求：碰撞過程中車門不許開啟；碰撞后不用工具可以打開足夠數(shù)量的車門；碰撞后燃油泄漏速度不超過30g/min。以下是我國標準中規(guī)定的主要損傷準則3 ： (一) 頭部性能指標(Head Performance Cr

6、iterion) HPC目前國際上常用的評價頭部傷害程度是通過計算頭部性能指標HPC。當頭部發(fā)生接觸時，它包括從初始接觸到最后接觸的整個接觸過程的計算。 式中是假人頭部重心的合成加速度(m/s2)，用重力加速度g(9. 81 m/s2)的倍數(shù)表示，記錄加速度時間的通道頻率等級為1000Hz；t1和t2是碰撞中從初始接觸到最后接觸過程中的任意兩個時刻。 HPC的局限在于：雖然頭部的生物力學響應包括可以引起頭部傷害的角運動，但HPC僅考慮了線性加速度；HPC只在硬接觸發(fā)生時有效，因此沖擊的時間區(qū)間受限制。雖然有這些限制，但HPC仍然是研究頭部傷害時最常使用的準則，而且HPC被認為可以很好的區(qū)分接觸

7、和非接觸沖擊響應。我國標準中規(guī)定HPC值不超過1000。 (二) 胸部性能指標 胸部變形量(Rib Deflection Criterion) RDC：指胸部變形峰值，是胸部位移傳感器測得的任一肋骨的變形最大值，通道頻率濾波等級為180Hz。國際上較多采用RDC來評價乘員胸部損傷，認為肋骨骨折是胸部普遍最會發(fā)生的傷害形式。 我國標準中規(guī)定RDC應小于或等于42mm；黏性指標(Viscous Criterion) VC：指黏性響應的峰值，是在半胸部任一肋骨上測得的瞬時壓縮量與肋骨變形速率乘積的最大值，通道頻率濾波等級為180Hz。為計算此值，半胸部肋骨腔的標準寬度為140mm。式中，=胸腔變形速

8、率，=胸腔擠壓變形率，=胸腔原始寬度0.14。 胸部的重要器官，心臟、大動脈、肺等都是由軟組織組成的。生物力學研究表明軟組織的損傷主要由胸部的速率敏感變形引起的，胸部側向碰撞損傷容忍限度為1.0m/s，因此黏性指標不得大于1.0m/s，否則乘員將受到嚴重傷害。 我國標準中規(guī)定黏性指標應小于或等于1.0m/s；(三) 骨盆性能指標(Pubic Symphysis Peak Force) PSPF 指恥骨結合點力的峰值(PSPF)，是由骨盆恥骨處安裝的載荷傳感器測得的力最大值，通道頻率濾波等級為600Hz。 我國標準中規(guī)定恥骨結合點力的峰值(PSPF)應小于或等于6kN。 (四) 腹部性能指標(A

9、bdomen Peak Force ) APF 腹部受力峰值，是安裝在假人碰撞側表而覆蓋物下部39mm處的力傳感器測得的3個力合力的最大值，通道頻率濾波等級為600Hz。 我國標準中規(guī)定腹部力峰值(APF)應小于或等于2.5kN內力(相當于4.5kN的外力)?？勺冃砸苿颖谡?移動變形壁障由吸能塊和移動臺車組成，總質量為950±20噸，它的出處是考慮在歐洲銷售的車輛的平均空車重為850kg，再加上1.6的平均乘員數(shù)。吸能塊由6個獨立的蜂窩鋁狀鋁塊、2個前鋁面板和1個后鋁面板組成，并對蜂窩鋁狀鋁塊以及前、后面板規(guī)定了相應的動、靜態(tài)標定試驗。對于移動臺車前部尺寸，考慮了前部輻寬、保險杠高度

10、、突出深度、前部離地高度及前部變形區(qū)垂直高度。并給出了移動臺車的前、后輪距以及軸距。關于前部剛度，由大量的固定壁障試驗求得車輛的變形量載荷曲線確定。 座椅調整的附加規(guī)定 由于我國側面碰撞標準規(guī)定使用與歐洲相同的EuroSID假人以及三維H點裝置，這與我國具體國情有一定差異，因為目前我國生產的相當一部分車型是按照亞洲人體模型設計的微型車，而這些車型假人安放空間較小，采用歐洲法規(guī)規(guī)定安放、調節(jié)試驗假人和三維H點裝置就會十分困難，為此我國借鑒了日本實車碰撞試驗標準TRAISll-4-30的安放、調節(jié)方法。2.3與國外同類標準的區(qū)別 目前世界上側面碰撞法規(guī)還沒有統(tǒng)一的標準，在汽車安全性領域內最具代表性

11、的是美國聯(lián)邦機動車安全法規(guī)(FMVSS)和歐洲經(jīng)濟委員會法規(guī)( ECE)，其它如日本和澳大利亞等國家的汽車工業(yè)界，大多以美國或歐洲的側面碰撞試驗法規(guī)為自己的試驗條款，我國汽車側而碰撞乘員保護標準也是以歐洲ECE R95為藍本制定出來的?？紤]到我國人體參數(shù)和車型特點，在座椅調節(jié)、假人選用等相關章節(jié)做了修改。歐洲、美國、日本以及中國的側面碰撞法規(guī)主要內容有以下不同：2.3.1 碰撞形式不同 美國FMVSS 214中規(guī)定，移動變形壁障運動方向與靜止的試驗車輛成27°夾角，碰撞表面與試驗車輛縱向中心面垂直；歐洲ECE R95規(guī)定，移動變形壁障運動及碰撞表面均垂直于試驗車輛縱向中心面。中國與日

12、本和歐洲一樣，均采用正面垂直碰撞。FMVSS214法規(guī)所采用的試驗形式可用圖1表示：試驗車輛靜止不動，被撞側前/后排座椅上各放置一側碰假人。試驗車碰撞基準線為被撞側車身相應位置的一條鉛垂線，它是移動變形壁障撞擊汽車時的參考線，根據(jù)汽車輪距的不同，其位置也不同：當被測車輪距不超過2896mm時，基準線位于輪距中分線之前940mm的橫向截面；當被測車輪距超過2896mm時，基準線位于前軸中心線后508mm的橫向截面。試驗要求移動變形壁障的前進速度方向與被測車的對稱中心線成63°角，但在撞擊時移動變形壁障的對稱面與被測車對稱面要保證垂直。因此，為滿足要求，移動變形壁障的四個車輪在平行的同時

13、應向壁障對稱中心線右側偏27°角，角度誤差在士1°內。同時，移動變形壁障撞擊汽車時，吸能塊左(或右)側棱角線要與碰撞基準線對齊，移動變形壁障左(或右)側切平面通過被測車基準線平面，其誤差應在士50.8mm內。移動變形壁障前進方向規(guī)定的試驗車速為53.9km /h，由于行駛方向與撞擊方向存在角度，實際撞擊被測車輛的車速(垂直被側車對稱中心線)為48.03km /h。圖2-1 FMVSS214的試驗形式 ECER 95法規(guī)所采用的試驗形式如圖2所示：被測車也靜止不動，但只在被撞側前排座椅布置一側碰假人。試驗時，移動變形壁障以50km /h的車速與被測車垂直相撞，即要求移動變形壁

14、障的對稱面垂直被測車的對稱面，而且在碰撞瞬間要求移動變形壁障的對稱面通過前座椅R點的橫截面，其誤差在士25mm之內。圖2-2 ECER95的試驗形式 通過對兩種法規(guī)碰撞形式的比較，表2-1對它們之間的不同進行了總結和分析。表2-1 試驗形式的比較分析內容FMVSS214ECER95分析說明汽車側面碰撞保護的對象范圍前/后排乘員前排駕駛員從假人的放置位置、數(shù)量及碰撞基準線的位置可以反映試驗的仿真性被測車X向與移動變形壁障之間有相對運動，24.5km /h被測車X向與移動變形壁障相對靜止FMV SS214移動變形壁障行駛方向與撞擊方向成27°角，模擬真實碰撞事故發(fā)生時，撞擊車與被撞車之間

15、的相對運動，與實際情況更接近控制的難易程度復雜簡單從試驗的要求可以反映2.3.2碰撞速度不同 美國側面碰撞法規(guī)要求碰撞速度為53.9kmh，我國與歐洲、日本相同，采用50±1 kmh。 移動變形壁障不同側碰撞試驗中，采用模擬相當于沖擊車前部剛度的模擬臺車來進行試驗，該臺車稱為可移動變形壁障，該壁障的設計主要是考慮了車輛的質量、尺寸以及車輛前部剛度等因素。在FMVSS214中，規(guī)定移動變形壁障的重量為1356kg。而在ECE R95中，移動變形壁障的重量規(guī)定為950kg。日本側面碰撞法規(guī)中規(guī)定，移動變形壁障質量為1080kg。我國側面碰撞法規(guī)中規(guī)定，移動變形壁障質量為950kg。此外，

16、美國規(guī)定的移動變形壁障塊外形參數(shù)也不同于歐、中、日。美國采用的移動變形壁障要比歐洲采用的移動變形壁障寬且高，整體質量要重，這與美國車型寬敞、穩(wěn)重的風格相吻合。2.3.3.1 可變形吸能塊移動變形壁障頭部安裝有可變形吸能塊，目前通常采用蜂窩鋁塊，其作用主要是用來模擬實車前部的變形剛度，美國和歐洲車型的頭部結構和剛度不同，因此采用的蜂窩鋁塊的結構尺寸以及性能要求也不同。2.3.3.2 離地間隙和重心位置從離地間隙和重心位置可以發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)MVSS214 MDB的前部離地間隙要比ECER95 MDB低，但重心高度基本相同。如果僅考慮離地間隙的話，同一車型，采用FMV SS214 MDB試驗對乘員產生的傷

17、害要比ECER95 MDB要低。離地間隙是目前在用的各種車型前部特征統(tǒng)計和折中的結果，離地間隙的合理選擇將能使MDB代表更多的車型。有試驗證明，離地間隙的不同對試驗結果的影響是比較明顯的。2.3.3.3 吸能塊結構和剛度特性從吸能塊結構和剛度特性進行分析，F(xiàn)MVSS 214MDB吸能塊由兩塊獨立的蜂窩鋁組合而成，ECER MDB通常使用的吸能塊是由多層小塊的蜂窩鋁粘接而成，因而FMV SS214MDB剛度特性曲線要相對ECER95 MDB光滑，試驗效果也相對好一些。歐洲也將開始使用單層的蜂窩鋁結構，上下各由一整塊蜂窩鋁組成，試驗結果表明其剛度特性明顯要比多層式蜂窩鋁吸能塊好。 圖2-3 FMV

18、SS移動變形壁障 圖2-4 ECER95移動變形壁障 假人類型、安放位置及評價指標不同美國和歐洲的側碰撞試驗中所用的側碰撞假人分別為SID假人和EuroSID假人，在美國FM-VSS 214側面碰撞法規(guī)中，使用兩個50百分位側碰假人。分別安放在撞擊側前后排座位，歐洲ECER95中規(guī)定的側碰假人為EuroSID。包括EuroSID-1和ES-2，日本采用EuroSID-l，我國法規(guī)規(guī)定可采用其中任意一種，并且只是安放一個假人在撞擊側駕駛員位置。(1) SID側碰假人SID側碰撞假人是由Hybrid II第50百分位男性假人修改而成。SID假人的體重為76.5kg，坐高899mm，臀寬373mm。

19、(2) EuroSID-I假人EuroSID-I也是代表第50百分位成年男性假人。EuroSID-I重72±0.5kg坐高904mm，臀寬355mm，用金屬和塑料構成骨架，外覆模擬肌肉的橡膠、塑料和泡沫。肋骨籠子由鋼性脊柱和3個獨立的撓性肋骨模型組成，后者具有似人的變形特性。臂和肩部件在承受側面碰撞時具有似人的回旋方式。該假人可以很容易由左向側碰變成右向側碰用的假人。(3) 假人評價指標的比較FMVSS214和ECER95都以側碰假人的傷害指標值作為汽車側面試驗評價指標，因此，假人評價指標將直接影響汽車側而碰撞安全性的評定。通過美歐側碰假人的比較可以發(fā)現(xiàn)，SID和EuroSID-I側

20、碰假人所測量的內容不同，同時，由于美歐人種的不同，因而決定了美歐在評價指標及人體傷害指標的界限也存在不同，可以歸納為如表2所示。表2 FMVSS214與ECER95評價指標的比較內容FMVSS214ECER95假人頭部無HPC(頭部性能指標)胸部TTI(胸部傷害指數(shù))85g(四門車)/90g(兩門車)RDC(肋骨變形)42mm腹部無APF(腹部峰值力)2.5kN內力(等于4.5kN的外力)盆骨最大加速度130gPSPF(恥骨最大合力)6kN軟組織無粘性指數(shù)V×C1.0m/s注：胸部傷害指數(shù)TTI(d)=1/2(GR+GLS) GR上下肋骨之一最大峰值減速度，單位g GLS下脊椎峰值減

21、速度，單位g根據(jù)對交通事故的分析，在側面碰撞中，人體最容易受傷的部位為頭部和胸部，除此為腹部、盆骨和下肢。EuroSID-I除了上述部位外，還對腹部、盆骨以及軟組織進行了考核，而SID假人只考核胸部和骨盆的傷害指標，從這一點來說，ECER 95更好地保護了乘員的安全。但由于假人評價指標的計算方法不同，它們之間也沒有嚴格的當量關系，所以很難下結論說哪種評價指標更科學合理。2.4 更為嚴格的汽車安全性評價指標美國、歐洲、日本等國制定的強制性法規(guī)是汽車產品達到的最低要求，汽車廠商對于安全性能的追求是更嚴格的新車評價程序(NCAP)和豐田公司制定的GOA評價標準。2.4.1 新車評價程序NCAP(New Car Assessment Program) NCAP是最早在美國開展并已經(jīng)在歐洲、日本等發(fā)達國家運行多年的新車評價規(guī)程，一般由政府或具有權威性的組織機構，按照比國家法規(guī)更嚴格的方法對在市場上銷售的車型進行碰撞安全性能測試、評分和劃分星級，向社會公開評價結果。由于這樣的測試公開、嚴格、客觀，為消費者