汽车碰撞试验法规综述

汽车碰撞试验法规综述 汽车碰撞试验法规综述 发布时间：2007-09-21 22:16:25 访问次数: 6 字体：【大 中 小】   文/杨辉         一、引言         在20世纪60年代以前，汽车普及程度还不高，路况较好，交通安全问还不突出，相关的研究也较少。近二三十年来，随着各国城市人口的日益密集，汽车制造技术的提高，以及汽车的普及，保有量的不断增多，道路交通中的人员安全问题越发突出。最近四年，我国道路交通每年的死亡人数一直维持在10万人左右的高位上（如：2004年道路交通死亡人数107 077人），这相当于我国每年有一个中等县城的人死于非命。欧盟国家 2000年道路交通死亡人数4万人，日本2003年道路交通死亡人数7 702人。这些触目惊心的数字迫使各国不断加大对汽车安全性的研究。         汽车安全性，通常可分为主动安全性和被动安全性两大类。主动安全性是指在交通事故发生之前采取安全性措施，尽可能地避免交通事故的发生。目前，已经发展成熟的主动安全性装置和技术主要包括车轮防抱死制动系统、牵引力控制系统、主动悬架、四轮转向、四轮驱动、车距雷达报警系统以及汽车全球定位导航系统ITS等。被动安全性是指通过车辆结构的安全以及各种保护系统被动安全性装置，当事故发生的时候这些措施能够发挥作用，达到尽可能地减少车上乘员以及车外行人受到伤害的程度。汽车碰撞试验是研究被动安全的主要手段。         通常情况下，对于被动安全也分为两个方面：车内乘员安全和车外行人保护。作为被动安全性研究的主要就是如何合理地进行车身结构安全性设计和乘员约束系统设计，利用车身结构件的变形吸收能量以减少对乘员的冲击，同时利用乘员约束系统给予乘员最大限度的保护。对于车外行人，通常采用车身结构安全性设计和车身外表安全装置，在发生碰撞时减少对行人的伤害。         二、汽车被动安全法规         研究和开发汽车被动安全性能的最终目的是在事故发生时，最大限度地减少车内乘员和车外行人的伤害。汽车事故发生的情况主要有正面碰撞、侧面碰撞、追尾碰撞和车辆滚翻等。因此，碰撞中人员受到伤害主要情况有：（1） 碰撞时汽车结构变形侵入乘员舱直接伤害乘员；（2） 碰撞时乘员与车内结构发生二次碰撞造成伤害；（3） 碰撞时以及碰撞后乘员身体部分超出车外，受到伤害；（4）碰撞后燃油起火造成伤害；（5）对行人的伤害，包括保险杠对行人腿部造成的伤害和发动机盖对行人头部造成的伤害。因此，汽车被动安全性法规主要是针对以上这几个方面制订的。         目前汽车被动安全法规有两大体系：美国FMVSS（Federal Motor Vehicle Safe Standard）体系和欧洲法规体系（包括联合国欧洲经济委员会ECE、欧洲经济共同体EEC）。在这两种法规体系里都规定，为验证车辆安全措施的有效性，对新开发的汽车都必须进行试验样车的碰撞试验和乘员保护装置的冲击试验，并且，上述两个机构都制订了相应的试验方法和标准。日本和澳大利亚在参照美国和欧洲法规的基础之上同样也制订和实施了相应的安全法规和标准。我国政府有关部门已于1999年颁布了第一项汽车被动安全技术法规《关于正面碰撞乘员保护的设计规则》CMVDR294（China Motor Vehicle Design Rule 294），到2003年又在CMVDR 294的基础上稍作修改推出了GB 11551《乘用车正面碰撞的乘员保护》，将实车正面碰撞试验内容列入汽车新产品强制性检验项目中。今年我国还将推出侧面碰撞试验标准和追尾碰撞试验标准，同时还计划将汽车正面偏置碰撞作为国家推荐标准。         在交通事故中，由于正面和侧面碰撞发生的比率较高而倍受关注。同时，虽然追尾和滚翻事故发生率不高，但也会造成很多的人员伤害以及财产损失，因而也越来越多地受到人们的重视。下表列出了世界上主要国家针对正面碰撞法规、侧面碰撞法规、追尾碰撞法规、动态滚翻法规以及燃油泄漏法规的内容。         1. 实车正面碰撞法规         按照正面碰撞试验法规，正面碰撞试验是指被检验汽车以某一速度与一个刚性或者可变形壁障发生碰撞的试验。其目的是检查保险杠、车厢前部前围板区域所能吸收冲击能量的程度，考验车厢结构强度，借助车内假人的传感器所记录的数据，换算出和法规相对应的伤害指标，判断试验样车的碰撞性能。正面碰撞法规主要有美国的FMVSS 208、欧洲的ECE R94两大体系。我国正面碰撞法规CMVDR 294（GB 11551）和日本、澳大利亚的正面碰撞法规基本上是在美国和欧洲的正碰法规的基础上进行移植和稍加改动形成的。         美国FMVSS208法规规定了车辆正面碰撞试验速度为30mph（48.3Km/h），固定壁障为刚性表面。正面碰撞试验包括以下两种：（1）约束系统试验：车辆纵向轴线与壁障表面垂直；（2）结构试验：车辆横截面与壁障表面方向成30度角，碰撞时车辆左前端先与壁障接触。此外，对应于系和不系安全带两种情况，要分别进行试验。主要评价指标包括：（1）头部伤害指标≤1 000，胸部持续3ms加速度不大于60g，胸部相对于脊柱的压缩变形量不超过76.2mm，大腿压缩力不超过10kN；（2）碰撞过程门不能撞开；（3）碰撞后，不用工具应能将门打开，并能够正常进出假人。（4）燃油泄漏量≤30g/min。         欧洲在制定正面碰撞法规时，专家们提出该试验方法要尽量真实地反映交通事故情况。联合国欧洲经济委员会（Economic Commission for Europe）在1998年开始生效欧洲正面碰撞乘员保护法规ECE R94，适用于总质量小于等于2 500kg的M1类车。其中，规定车辆正面碰撞试验碰撞速度为56km/h，碰撞形式为 40％偏置变形壁障碰撞，其壁障为蜂窝状铝合金变形壁障。         我国正面碰撞法规CMVDR 294《关于正面碰撞乘员保护的设计规则》主要是参照欧洲法规起草的，但是并没有采用欧洲ECE R94.01中的偏置碰撞试验，而是采用和美国、日本法规一致的100%重叠率、90度刚性固定壁障正面碰撞试验，速度50km/h。该法规自2000年4月1日起对新生产的M1类车（总质量小于或者等于2 500kg的车辆）实施，自2002年7月1日起，对所有M1类车实施。         2.实车侧面碰撞法规         统计资料表明，在交通事故的各种汽车碰撞形式中，侧面碰撞所占的比例仅次于正面碰撞，但在侧面碰撞中乘员所受的伤害程度比正面碰撞还要高。尤其是在我国，侧面碰撞导致死亡的比例要高于国外的平均水平。侧面碰撞法规针对汽车侧门强度提出要求，目的是检查车侧支柱、顶／底支柱连接和门连接等结构强度，以尽量降低侧面碰撞事故中伤害乘员的风险。无论是美国FMVSS还是欧洲ECE法规，均规定使用移动变形壁障MDB（Moving De-formable Barrier）以一定的速度，撞击车辆的侧面，在车被撞侧面前后座位上装有侧面碰撞假人，以测定伤害指数。二者的差别主要在于移动变形壁障MDB和使用的假人。今年我国即将推出侧面碰撞试验标准《关于侧面碰撞中乘员保护的规定》，主要采用欧洲ECE R95 法规(包括01系列增补，02系列增补及02系列建议)，删除了ECE R95中认证申请、认证程序及认证标志、车型修改、产品一致性、产品非一致性的处理等内容，其原因是由标准体系和法规体系的形式差别所致。         3. 实车追尾碰撞法规         汽车发生碰撞，除了正面、侧面碰撞外，还会发生追尾碰撞事故、滚翻事故和由碰撞、滚翻引发的燃油泄漏、燃烧、爆炸等事故。这类事故具有较高的伤害性，也是在交通事故中导致人员伤亡的重要因素。美国的燃油泄漏法规FMVSS301是最为全面的燃油系统完好检验法规，同样，在欧洲有燃油泄漏法规ECE R34，在日本有日本车辆碰撞燃油泄漏技术标准TRIAS 11-4-14。         对于追尾碰撞中的结构保护，则有美国的FMVSS 223和FMVSS 224，以及欧洲的ECE R32。美国的FMVSS 223和FMVSS224是针对于总重在4536kg以上的挂车和半挂车后部碰撞防护装置；欧洲法规ECE R32则规定车辆后面碰撞时对车厢结构耐撞性的要求，并适用于M1类车。因而这两种法规是针对于不同车辆以及车辆的不同部分。         这里要特别提到卡车后防护装置，它对于保护追卡车尾部的小汽车乘员安全有着极其重要的作用。如果没有卡车后防护装置，小汽车的车顶将和卡车后车厢底部直接碰撞，而小汽车车顶是整个结构中较为薄弱的环节，这将导致卡车后车厢底部直接穿过挡风玻璃侵入小汽车乘员舱，危及车内前排人员生命安全。如果装有卡车后下部防护装置，则该装置会与小汽车车头发生碰撞，小汽车前端的各种缓冲吸能措施也就可以正常地发挥作用，从而保护车内乘员的安全。         4. 动态翻滚试验法规         对于动态滚翻事故，虽然发生率不是很高，但也会造成很高的事故死亡率，因此，各国也加大力度对滚翻事故进行研究。滚翻试验的再现性比较困难，虽然试验方法有很多种，但是已成文的滚翻法规很少，目前，只有美国的FMVSS208中介绍了试验方法—平台翻车，这种方法易于进行重复性试验。FMVSS208 平台翻车试验主要利用平台车紧急制动的方法让实验车滚翻。它采用一个23度斜角的楔形平面作为滚翻试验样车运载装置，然后以50km/h的速度平移，在不大于915mm的距离内平台从50km/h减速到零，减速度至少为20g，持续时间至少为0.04s。         5. 气囊试验标准         近几年来，与安全气囊有关的质量纠纷明显增多。这里有很多因素，一方面消费者对气囊作用的认识不够科学，对气囊的安全作用的期望值过高，另一方面，对气囊的启爆速度、角度等技术参数，目前还没有统一定义的国际标准、法规。在SAE、ISO标准体系中，主要是一些试验方法、术语定义方面的标准；在FMVSS、ECE法规体系中，主要是针对正面碰撞、侧面碰撞等提出的乘员保护要求。对于气囊系统的匹配，在产品开发过程中都是依据各个企业自己的标准进行的，还没有国际通行的标准、法规来规定气囊的启爆速度等技术参数。但是，如果仔细地研究各个企业的标准我们可以发现，差别很小。         我国汽车标准的制修订工作由全国汽车标准化委员会承担，关于安全气囊的标准由车身分标委负责。现行标准包括ISO 12097-1《道路车辆———安全气囊部件，第1部分：术语》、ISO 12097-2《道路车辆———安全气囊部件，第2部分：安全气囊模块试验》和ISO 12097-3《道路车辆———安全气囊部件，第3部分：气体发生器组件试验》。为了气囊产业的发展，我国还在2001年成立了“汽车安全气囊标准研究工作组”。工作组2002年的主要工作是参照ISO 12097标准起草我国的推荐性国家标准。同时，工作组还将美国政府2000年5月颁布的FMVSS 208中关于智能化安全气囊的最终修正案、ECE中关于安全气囊认证的法规草案等列入了研究范围。这些工作对我国汽车行业深入了解安全气囊技术很有价值。             交通事故统计数据表明：“三点式安全带＋安全气囊”的防护效果最好，其有效保护率高达60%；仅使用安全带的情况下，有效保护率为43～49%；而仅使用安全气囊，有效保护率急剧下降到18%。这说明安全气囊的保护作用是有限的，佩带安全带十分重要。只有安全带和气囊配合使用才能起到最好的防护效果，否则有可能起到很差甚至相反的作用。在低速碰撞中，安全气囊的展开反而会增加意外伤害的可能性而降低保护效果；在中等或严重程度的碰撞事故中，安全气囊对乘员有明显的保护作用。安全气囊不是万能的，在某些碰撞中，例如轿车与没有后下部防护装置的卡车发生的追尾碰撞事故、碰撞护栏后造成翻车事故等，正面碰撞防护气囊是无法开启的。         6. 汽车碰撞相容性和行人保护         两车碰撞事故中，整备重量较轻的车辆具有较高的死亡率。在这相差很大的死亡比率之间，汽车的相容性起着重要的作用。         汽车相容性是指汽车在碰撞中保护自己的乘员，同时也保护对方车辆的乘员的能力。在碰撞中，当两辆车乘员的死亡率和人数很低的时候，才能够表明两辆车具有好的相容性。在车辆碰撞法规日益严格的今天，汽车碰撞的相容性也越来越多地引起人们的注意。在满足了碰撞法规的同时，设计汽车的时候也要考虑到汽车碰撞相容性的重要性，才能够真正地为乘员提供一个安全的乘坐环境。         影响汽车碰撞相容性的3个因素：汽车整备质量、前部刚度和几何外形。它们独立或者结合在一起影响车辆的相容性，并且由于车辆碰撞的形式不一样，车辆的前部刚度和几何外形也起着不同的作用。在轿车和轻型卡车之间发生正面或者后部碰撞的时候，轿车很可能就“钻”到轻型卡车的下面，从而对乘员造成较大的伤害。这也是几何外形对碰撞影响最危险的一种情况。         现行的碰撞法规，仅仅考虑到碰撞中单车自身的安全性能，而没有相应的法规标准来对碰撞相容性进行检验；因此，碰撞法规在车辆碰撞相容性方面需要完善。目前，在最新颁布的美国正面碰撞法规208 最终版本（FMVSS208 Final Rule）中，提出使用移动变形壁障进行正面碰撞，结合原来的刚性壁障，可以较好地体现车辆的被动安全性能。在欧洲，类似现行的40％偏置变形壁障碰撞试验，在变形壁障后面安装碰撞力测量单元，用碰撞力的分布和峰值评价试验车对对方车的侵害，称为固定变形壁障碰撞试验FDB（Fixed Deformable Barrier）。在很多国家，直接采用两辆实车进行碰撞，真实地再现实际情况，进行更深入的碰撞相容性研究。         在行人和行驶的汽车发生碰撞时，首先是保险杠撞击行人的小腿，通常容易发生骨折，然后发动机盖边缘撞击行人的大腿，最后是行人的头部和发动机盖碰撞，这种头部碰撞非常容易给行人造成致命的伤害。根据碰撞速度的不同，行人的头部还可能和前挡风玻璃发生碰撞。         因为美国发生较少的汽车碰撞行人的事故，所以美国对于汽车撞行人的有关法规也较少，但是在欧洲发生汽车碰撞行人的情况较多，因此，他们制订了行人保护法规。欧共体指令74/483/EEC是检验汽车前部对行人伤害的试验方法，并且是目前较为系统的行人保护检验标准，1998年生效，同时在2001年10月适用于所有上路车辆。在这个法规中，如下图，车辆和行人以相对速度40km/h碰撞，并且在车辆前部不同区域内撞击身体不同部位。考虑到儿童和成人的身高差异，在不同位置进行头部碰撞试验。         三、 结束语         目前，汽车的安全问题在全球范围内越来越引起重视，相关的研究也越来越深入，标准和法规也是在不断地修订和完善。汽车安全法规只是一个方面，更重要的是人的因素。对于驾驶员、车内乘员和行人来说，养成良好的遵守交通规则的习惯和提高自我保护的意识，也是非常重要的一方面。驾驶员要养成良好的驾驶习惯，不要酒后驾车和疲劳行驶，不要随意变道，夜间会车时要改用近光灯，遇到紧急情况时不要同时踩刹车和打方向盘；对于车内乘员来说（包括驾驶员在内），一定要系好安全带，这一点非常重要，在很多关键的时候这将更有助于挽救生命；行人、自行车不要和机动车抢道，不要乱穿马路。         应该看到，汽车碰撞法规的面世，促使各汽车制造商开发出比以前更安全的汽车，极大地挽救了生命、挽回了财产损失。