1、汽车参考资料侧面碰撞法规汽车侧面碰撞法规2.1 概述制定汽车侧面碰撞法规的目的是为了降低在侧碰事故中乘员受重伤和致命伤害的风险，根据法规试验过程中测得的假人加速度，规定汽车的抗撞性能要求、车门加强要求和其他要求，以提高汽车侧面碰撞安全性。汽车碰撞安全法规为消费者提供了一个系统、客观的汽车安全信息，能够促进企业按照更高的安全标准开发和生产，有效减少道路交通事故的伤害及损失。美国是最旱执行汽车侧面碰撞保护法规的国家，1990年10月美国联邦机动车安全法规FMVSS 214(FMVSS，Federal Motor Vehicle Safety Standards)在美国颁布执行。之后，在1995年1
2、0月，欧洲也制定了相应的汽车侧面碰撞法规ECE R95(ECE，Economic Commission for Europe)。日本在侧碰撞方面的研究始于20世纪90年代初，相关法规于1998年正式纳入日本保安基准，其内容基本等同于欧洲ECER95。我国强制性标准体系也采用欧洲ECE标准体系，为了便于与国际接轨，在我国制定侧面碰撞标准时是以ECE R9502法规为蓝本，并结合我们国内的具体国情制定的。由于我国人体与欧洲人体差异很大，所以在制定该标准时又参考了日本的相关法规。标准于2006年7月1日开始实施，标准规定了汽车进行侧面碰撞的要求和试验程序，还对车辆型式的变更、三维H点装置、移动变形壁
3、障及碰撞假人进行了规定。美国、欧洲现有的侧面碰撞试验方法存在较多的不同之处，例如：碰撞形态不同，移动壁障的台车质量、尺寸，吸能块尺寸、形状、性能不同，试验用侧碰假人不同，碰撞速度不同，碰撞基准点的位置不同以及乘员伤害指标也略有不同。在本章下面的内容中，将就这些方面进行详细的比较分析。2.2 我国侧碰标准主要内容及评价指标标准内容主要涵盖碰撞试验方法、碰撞试验假人、假人的伤害指标、移动壁障的质量、吸能块的外形尺寸及刚度。具体介绍如下。2.2.1 碰撞形式 移动变形壁障与静止试验车辆侧面垂直，并垂直撞向试验车辆。碰撞速度为501 kmh。测量仪器的准确度为1。 由于我国采用ECE法规体系，故不使用
4、美国侧面碰撞假人SID假人，并且由于目前相关国际组织对World SID侧面碰撞假人的协调尚未达成一致，所以我国也暂不使用World SID侧面碰撞假人。欧洲ECE R9502建议采用EuroSid-I的改进型ES-II，EuroSid-I侧面碰撞假人到2008年后将停止使用。考虑到我国目前MI车型有美、欧、日、韩等国不同车型的实际情况以及2008年以后World SID侧面碰撞假人有统一使用之可能。因此，我国同时采用EuroSid-I及ES-II侧面碰撞假人，试验和评估允许任选一种假人。 由于美国和欧洲对减轻乘员在侧碰撞事故中的伤害采用的方法不同，也就造就了在各自的侧碰撞试验方法中所采用的假
5、人伤害指标不同。美国认为侧面碰撞对人体伤害最重的是胸部，其次是腰部，因而采用了胸部和腰部伤害指标。对于胸部伤害指标TTI，是通过肋骨和脊椎加速度值计算出来的，而腰部伤害指标是通过臀部加速度计算出来的。我国的侧面碰撞法规与欧洲相同，认为侧面碰撞对乘员的头部、胸部、腹部以及骨盆的伤害较为重要，因而在乘员伤害评定指标中，采用了头部HPC、胸部、腹部和骨盆性能指标来评价。并且对试验车辆有如下要求：碰撞过程中车门不许开启；碰撞后不用工具可以打开足够数量的车门；碰撞后燃油泄漏速度不超过30g/min。以下是我国标准中规定的主要损伤准则3 ： (一) 头部性能指标(Head Performance Crit
6、erion) HPC目前国际上常用的评价头部伤害程度是通过计算头部性能指标HPC。当头部发生接触时，它包括从初始接触到最后接触的整个接触过程的计算。 式中是假人头部重心的合成加速度(m/s2)，用重力加速度g(9. 81 m/s2)的倍数表示，记录加速度时间的通道频率等级为1000Hz；t1和t2是碰撞中从初始接触到最后接触过程中的任意两个时刻。 HPC的局限在于：虽然头部的生物力学响应包括可以引起头部伤害的角运动，但HPC仅考虑了线性加速度；HPC只在硬接触发生时有效，因此冲击的时间区间受限制。虽然有这些限制，但HPC仍然是研究头部伤害时最常使用的准则，而且HPC被认为可以很好的区分接触和非
7、接触冲击响应。我国标准中规定HPC值不超过1000。 (二) 胸部性能指标 胸部变形量(Rib Deflection Criterion) RDC：指胸部变形峰值，是胸部位移传感器测得的任一肋骨的变形最大值，通道频率滤波等级为180Hz。国际上较多采用RDC来评价乘员胸部损伤，认为肋骨骨折是胸部普遍最会发生的伤害形式。 我国标准中规定RDC应小于或等于42mm；黏性指标(Viscous Criterion) VC：指黏性响应的峰值，是在半胸部任一肋骨上测得的瞬时压缩量与肋骨变形速率乘积的最大值，通道频率滤波等级为180Hz。为计算此值，半胸部肋骨腔的标准宽度为140mm。式中，=胸腔变形速率，
8、=胸腔挤压变形率，=胸腔原始宽度0.14。 胸部的重要器官，心脏、大动脉、肺等都是由软组织组成的。生物力学研究表明软组织的损伤主要由胸部的速率敏感变形引起的，胸部侧向碰撞损伤容忍限度为1.0m/s，因此黏性指标不得大于1.0m/s，否则乘员将受到严重伤害。 我国标准中规定黏性指标应小于或等于1.0m/s；(三) 骨盆性能指标(Pubic Symphysis Peak Force) PSPF 指耻骨结合点力的峰值(PSPF)，是由骨盆耻骨处安装的载荷传感器测得的力最大值，通道频率滤波等级为600Hz。 我国标准中规定耻骨结合点力的峰值(PSPF)应小于或等于6kN。 (四) 腹部性能指标(Abd
9、omen Peak Force ) APF 腹部受力峰值，是安装在假人碰撞侧表而覆盖物下部39mm处的力传感器测得的3个力合力的最大值，通道频率滤波等级为600Hz。 我国标准中规定腹部力峰值(APF)应小于或等于2.5kN内力(相当于4.5kN的外力)。 移动变形壁障由吸能块和移动台车组成，总质量为95020吨，它的出处是考虑在欧洲销售的车辆的平均空车重为850kg，再加上1.6的平均乘员数。吸能块由6个独立的蜂窝铝状铝块、2个前铝面板和1个后铝面板组成，并对蜂窝铝状铝块以及前、后面板规定了相应的动、静态标定试验。对于移动台车前部尺寸，考虑了前部辐宽、保险杠高度、突出深度、前部离地高度及前部
10、变形区垂直高度。并给出了移动台车的前、后轮距以及轴距。关于前部刚度，由大量的固定壁障试验求得车辆的变形量载荷曲线确定。 2.2.5 座椅调整的附加规定 由于我国侧面碰撞标准规定使用与欧洲相同的EuroSID假人以及三维H点装置，这与我国具体国情有一定差异，因为目前我国生产的相当一部分车型是按照亚洲人体模型设计的微型车，而这些车型假人安放空间较小，采用欧洲法规规定安放、调节试验假人和三维H点装置就会十分困难，为此我国借鉴了日本实车碰撞试验标准TRAISll-4-30的安放、调节方法。2.3与国外同类标准的区别 目前世界上侧面碰撞法规还没有统一的标准，在汽车安全性领域内最具代表性的是美国联邦机动车
11、安全法规(FMVSS)和欧洲经济委员会法规( ECE)，其它如日本和澳大利亚等国家的汽车工业界，大多以美国或欧洲的侧面碰撞试验法规为自己的试验条款，我国汽车侧而碰撞乘员保护标准也是以欧洲ECE R95为蓝本制定出来的。考虑到我国人体参数和车型特点，在座椅调节、假人选用等相关章节做了修改。欧洲、美国、日本以及中国的侧面碰撞法规主要内容有以下不同：2.3.1 碰撞形式不同 美国FMVSS 214中规定，移动变形壁障运动方向与静止的试验车辆成27夹角，碰撞表面与试验车辆纵向中心面垂直；欧洲ECE R95规定，移动变形壁障运动及碰撞表面均垂直于试验车辆纵向中心面。中国与日本和欧洲一样，均采用正面垂直碰
12、撞。FMVSS214法规所采用的试验形式可用图1表示：试验车辆静止不动，被撞侧前/后排座椅上各放置一侧碰假人。试验车碰撞基准线为被撞侧车身相应位置的一条铅垂线，它是移动变形壁障撞击汽车时的参考线，根据汽车轮距的不同，其位置也不同：当被测车轮距不超过2896mm时，基准线位于轮距中分线之前940mm的横向截面；当被测车轮距超过2896mm时，基准线位于前轴中心线后508mm的横向截面。试验要求移动变形壁障的前进速度方向与被测车的对称中心线成63角，但在撞击时移动变形壁障的对称面与被测车对称面要保证垂直。因此，为满足要求，移动变形壁障的四个车轮在平行的同时应向壁障对称中心线右侧偏27角，角度误差在
13、士1内。同时，移动变形壁障撞击汽车时，吸能块左(或右)侧棱角线要与碰撞基准线对齐，移动变形壁障左(或右)侧切平面通过被测车基准线平面，其误差应在士50.8mm内。移动变形壁障前进方向规定的试验车速为53.9km /h，由于行驶方向与撞击方向存在角度，实际撞击被测车辆的车速(垂直被侧车对称中心线)为48.03km /h。图2-1 FMVSS214的试验形式 ECER 95法规所采用的试验形式如图2所示：被测车也静止不动，但只在被撞侧前排座椅布置一侧碰假人。试验时，移动变形壁障以50km /h的车速与被测车垂直相撞，即要求移动变形壁障的对称面垂直被测车的对称面，而且在碰撞瞬间要求移动变形壁障的对称
14、面通过前座椅R点的横截面，其误差在士25mm之内。图2-2 ECER95的试验形式 通过对两种法规碰撞形式的比较，表2-1对它们之间的不同进行了总结和分析。表2-1 试验形式的比较分析内容FMVSS214ECER95分析说明汽车侧面碰撞保护的对象范围前/后排乘员前排驾驶员从假人的放置位置、数量及碰撞基准线的位置可以反映试验的仿真性被测车X向与移动变形壁障之间有相对运动，24.5km /h被测车X向与移动变形壁障相对静止FMV SS214移动变形壁障行驶方向与撞击方向成27角，模拟真实碰撞事故发生时，撞击车与被撞车之间的相对运动，与实际情况更接近控制的难易程度复杂简单从试验的要求可以反映 美国侧
15、面碰撞法规要求碰撞速度为53.9kmh，我国与欧洲、日本相同，采用501 kmh。2.3.3 移动变形壁障不同侧碰撞试验中，采用模拟相当于冲击车前部刚度的模拟台车来进行试验，该台车称为可移动变形壁障，该壁障的设计主要是考虑了车辆的质量、尺寸以及车辆前部刚度等因素。在FMVSS214中，规定移动变形壁障的重量为1356kg。而在ECE R95中，移动变形壁障的重量规定为950kg。日本侧面碰撞法规中规定，移动变形壁障质量为1080kg。我国侧面碰撞法规中规定，移动变形壁障质量为950kg。此外，美国规定的移动变形壁障块外形参数也不同于欧、中、日。美国采用的移动变形壁障要比欧洲采用的移动变形壁障宽
16、且高，整体质量要重，这与美国车型宽敞、稳重的风格相吻合。 可变形吸能块移动变形壁障头部安装有可变形吸能块，目前通常采用蜂窝铝块，其作用主要是用来模拟实车前部的变形刚度，美国和欧洲车型的头部结构和刚度不同，因此采用的蜂窝铝块的结构尺寸以及性能要求也不同。 离地间隙和重心位置从离地间隙和重心位置可以发现，FMVSS214 MDB的前部离地间隙要比ECER95 MDB低，但重心高度基本相同。如果仅考虑离地间隙的话，同一车型，采用FMV SS214 MDB试验对乘员产生的伤害要比ECER95 MDB要低。离地间隙是目前在用的各种车型前部特征统计和折中的结果，离地间隙的合理选择将能使MDB代表更多的车型
17、。有试验证明，离地间隙的不同对试验结果的影响是比较明显的。 吸能块结构和刚度特性从吸能块结构和刚度特性进行分析，FMVSS 214MDB吸能块由两块独立的蜂窝铝组合而成，ECER MDB通常使用的吸能块是由多层小块的蜂窝铝粘接而成，因而FMV SS214MDB刚度特性曲线要相对ECER95 MDB光滑，试验效果也相对好一些。欧洲也将开始使用单层的蜂窝铝结构，上下各由一整块蜂窝铝组成，试验结果表明其刚度特性明显要比多层式蜂窝铝吸能块好。 图2-3 FMVSS移动变形壁障 图2-4 ECER95移动变形壁障2.3.4 假人类型、安放位置及评价指标不同美国和欧洲的侧碰撞试验中所用的侧碰撞假人分别为S
18、ID假人和EuroSID假人，在美国FM-VSS 214侧面碰撞法规中，使用两个50百分位侧碰假人。分别安放在撞击侧前后排座位，欧洲ECER95中规定的侧碰假人为EuroSID。包括EuroSID-1和ES-2，日本采用EuroSID-l，我国法规规定可采用其中任意一种，并且只是安放一个假人在撞击侧驾驶员位置。(1)SID侧碰假人SID侧碰撞假人是由Hybrid II第50百分位男性假人修改而成。SID假人的体重为76.5kg，坐高899mm，臀宽373mm。(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720.5kg坐高904mm，臀宽
19、355mm，用金属和塑料构成骨架，外覆模拟肌肉的橡胶、塑料和泡沫。肋骨笼子由钢性脊柱和3个独立的挠性肋骨模型组成，后者具有似人的变形特性。臂和肩部件在承受侧面碰撞时具有似人的回旋方式。该假人可以很容易由左向侧碰变成右向侧碰用的假人。(3) 假人评价指标的比较FMVSS214和ECER95都以侧碰假人的伤害指标值作为汽车侧面试验评价指标，因此，假人评价指标将直接影响汽车侧而碰撞安全性的评定。通过美欧侧碰假人的比较可以发现，SID和EuroSID-I侧碰假人所测量的内容不同，同时，由于美欧人种的不同，因而决定了美欧在评价指标及人体伤害指标的界限也存在不同，可以归纳为如表2所示。表2 FMVSS21
20、4与ECER95评价指标的比较内容FMVSS214ECER95假人头部无HPC(头部性能指标)胸部TTI(胸部伤害指数)85g(四门车)/90g(两门车)RDC(肋骨变形)42mm腹部无APF(腹部峰值力)2.5kN内力(等于4.5kN的外力)盆骨最大加速度130gPSPF(耻骨最大合力)6kN软组织无粘性指数VC1.0m/s注：胸部伤害指数TTI(d)=1/2(GR+GLS) GR上下肋骨之一最大峰值减速度，单位g GLS下脊椎峰值减速度，单位g根据对交通事故的分析，在侧面碰撞中，人体最容易受伤的部位为头部和胸部，除此为腹部、盆骨和下肢。EuroSID-I除了上述部位外，还对腹部、盆骨以及软
21、组织进行了考核，而SID假人只考核胸部和骨盆的伤害指标，从这一点来说，ECER 95更好地保护了乘员的安全。但由于假人评价指标的计算方法不同，它们之间也没有严格的当量关系，所以很难下结论说哪种评价指标更科学合理。2.4 更为严格的汽车安全性评价指标美国、欧洲、日本等国制定的强制性法规是汽车产品达到的最低要求，汽车厂商对于安全性能的追求是更严格的新车评价程序(NCAP)和丰田公司制定的GOA评价标准。2.4.1 新车评价程序NCAP(New Car Assessment Program) NCAP是最早在美国开展并已经在欧洲、日本等发达国家运行多年的新车评价规程，一般由政府或具有权威性的组织机构
22、，按照比国家法规更严格的方法对在市场上销售的车型进行碰撞安全性能测试、评分和划分星级，向社会公开评价结果。由于这样的测试公开、严格、客观，为消费者所关心，也成为汽车企业产品开发的重要规范，对提高汽车安全性能作用显著。近年，更多国家开始重视和建立本国的NCAP。中国汽车技术研究中心在深入研究和分析国外NCAP的基础上，结合我国的汽车标准法规、道路交通实际情况和车型特征，进行广泛的国内外技术交流和实际试验确定了C-NCAP的试验和评分规则。与我国现有汽车正面和侧面碰撞的强制性国家标准相比，不仅增加了偏置正面碰撞试验，还在两种正面碰撞试验中在第二排座椅增加假人放置，以及更为细致严格的测试项目，技术要
23、求也非常全面。C-NCAP对试验假人及传感器的标定、测试设各、试验环境条件、试验车辆状态调整和试验过程控制的规定都要比国家标准更为严谨和苛刻，与国际水平一致。今后，C-NCAP还将随着技术的发展进行完善。2.4.2 丰田公司的GOA评价标准(Global Outstanding Assessment) GOA的目标是提供世界上同一级别车辆中最好的安全性能。实力雄厚的大型汽车厂商为了进一步提高其产品的安全性，除了了解安全法规之外，还需重视交通事故的调查、人体损伤机理及承受极限的研究。交通事故统计数据表明，无论是正面撞还是侧面碰撞，随着乘员室侵入量的增加，乘员的重伤率会大大增加，如图2-5所示19。因此在丰田的GOA中，除了假人的损伤指标外，还增加了对于碰撞后乘员室的侵入量限值的规定，以此来更好地保护乘员。图2-5 侵入量与重伤率的关系2.5 本章小结本章首先阐述了侧面碰撞时的乘员损伤程度以及评价指标，继而简述我国侧面乘员保护标准的主要内容，并综述几种影响力较大、各国政府所颁布的侧面碰撞法规对比，最后简单介绍了国际上执行的更为严格的汽车安全性评价指标NCAP和GOA。
