汽車安全與法規

（第3版）普通高等教育車輛工程專業“新工科”建設系列Contents第1章

汽車安全技術概述第2章

汽車安全技術法規與標準第3章

汽車主動安全性第4章

汽車被動安全性第5章

汽車主動安全系統第6章

汽車被動安全性能試驗第6章

汽車被動安全性能試驗6.1概述6.2汽車零部件臺架試驗方法及典型設備6.3汽車零部件模擬碰撞試驗方法及典型設備6.4實車碰撞試驗方法及典型設備6.5新能源汽車碰撞安全試驗及典型設備6.1概述汽車被動安全性的定義汽車的被動安全性是指事故發生時保護乘員和步行者，使直接損失降到最小的能力，以及事故后防止事故車輛火災以及迅速疏散乘客的能力，也叫事故后汽車安全性。提高汽車被動安全性的目的：在汽車發生碰撞時確保乘員生存空間，緩和沖擊，防止發生火災等6.1概述臺架試驗分為臺架沖擊試驗（評價零部件遭受沖擊時的能量吸收性能）與靜態強度試驗（評價對沖擊速度不敏感的零部件的安全性能）模擬碰撞試驗模擬實車碰撞的減速度波形，以進行乘員保護裝置的性能評價和零部件的耐沖擊力試驗實車碰撞試驗該試驗從乘員保護的觀點出發，以交通事故再現的方式，分析車輛碰撞中乘員與車輛的運動狀態和損傷狀況，并使用假人定量地評價碰撞安全。被動安全試驗方法可分為三類：6.2汽車零部件臺架實驗方法及典型設備汽車零部件臺架試驗車頂及側門強度試驗車頂頂蓋強度試驗：該項試驗是用靜壓方法模擬翻車狀態下頂蓋的受力狀態，在車體自重的作用下頂蓋強度應能保證乘員的最小生存空間。側門靜強度試驗：該項試驗是模擬車輛發生正面碰撞而使車體產生偏斜后，車體側面與其他柱狀物體(如樹樁、消防栓等)相撞的狀態，此時的薄弱環節是車門中點。車頂及側門強度、安全帶固定點、安全帶、座椅及頭枕、燃油箱、安全轉向柱、內部凸出物、行人碰撞保護裝置、安全氣囊等零部件的臺架試驗。6.2汽車零部件臺架實驗方法及典型設備汽車零部件臺架試驗安全帶固定點強度試驗安全帶固定點強度試驗是評價安全帶在實車安裝狀態下，當其總成承受乘員向前的慣性載荷時，安全帶與車身的連接點是否有松脫、破損現象。該試驗為靜載荷模擬。6.2汽車零部件臺架實驗方法及典型設備汽車零部件臺架試驗安全帶實驗安全帶的強度、剛度性能試驗：靜態試驗針對安全帶的組成部件(如織帶、帶扣鎖、鎖止機構、安裝附件等)和安全帶總成，并可在材料試驗機上進行。動態實驗通過再現撞車時的減速度波形和碰撞速度的模擬試驗來進行的卷收器卷收性能實驗：采用卷收器緊急鎖止試驗臺進行。抗環境干擾以及耐久性試驗圖６-７卷收器加速度鎖止性能試驗裝置工作原理6.2汽車零部件臺架實驗方法及典型設備汽車零部件臺架試驗座椅及頭枕實驗座椅強度試驗：靜強度試驗在靜態加載試驗裝置上進行，動態強度試驗是在滑車模擬碰撞試驗臺上進行能量吸收性試驗：采用的試驗設備有發射式沖擊試驗機和擺式頭型沖擊試驗機等頭枕強度及后移量試驗6.2汽車零部件臺架實驗方法及典型設備汽車零部件臺架試驗燃油箱試驗墜落試驗臺：金屬燃油箱、塑料燃油箱及其燃油箱加油口的墜落沖擊試驗均可在墜落試驗臺上進行。沖擊試驗臺：使用一個質量15kg的鋼制角錘落下沖擊燃油箱，一般要求沖擊能量為30M·m。燃燒試驗臺：用于塑料燃油箱的耐火性能試驗，由燃燒盤、防火屏、油箱支架和導軌組成。6.2汽車零部件臺架實驗方法及典型設備汽車零部件臺架試驗轉向系統沖擊緩沖性能試驗在汽車發生正面碰撞事故時，轉向系統是造成駕駛人傷害的主要部件之一。汽車正面碰撞中轉向盤后移量測量的試驗需要進行實車碰撞,轉向系統遭受沖擊時的緩沖吸能性使用標準胸塊模型進行碰撞試驗。內部凸出物試驗為了在汽車發生碰撞事故時，使汽車內部凸出物對乘員的傷害降至最小，應對內部凸出物的凸出高度、圓角及材料吸能性等進行評價試驗。6.2汽車零部件臺架實驗方法及典型設備汽車零部件臺架試驗行人碰撞保護試驗在行人是交通事故中最脆弱的一方行人。對于降低行人的傷害程度，則是從降低車體外部對行人的進攻性著手，特別是車體前部的外形及剛度等參數十分重要。試驗主要有通過小腿沖擊器與保險杠撞擊試驗、大腿沖擊器與發動機艙蓋前緣的撞擊試驗、頭部沖擊器與發動機艙蓋上表面的撞擊試驗。安全氣囊試驗對于安全氣囊乘員保護性能只能FMVSS208，ECER94等實車碰撞試驗中評價。6.3汽車零部件模擬碰撞試驗方法及典型設備模擬碰撞試驗常用于評價乘員保護裝置的性能和安全部件的耐沖擊能力。與實車碰撞試驗相比，滑車模擬碰撞試驗具有簡便、再現性好、試驗費用低的優點。沖撞型模擬碰撞試驗設備沖撞型模擬碰撞試驗設備使用適當方法(電機或橡皮繩彈射)將滑車加速到規定車速后,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，通過調節緩沖器的性能使滑車產生的減速度波形與實車對固定壁碰撞的減速度波形相當。模擬碰撞試驗三種形式的吸能緩沖裝置：1.塑料管吸能器2.沖擊鋼板吸能器3.液壓緩沖器6.3汽車零部件模擬碰撞試驗方法及典型設備模擬碰撞試驗設備沖擊反彈式滑車模擬碰撞試驗設備在沖擊反彈式的滑車模擬碰撞試驗裝置上使用程序控制吸能器，它吸收滑車沖擊能量后再將滑車反彈，采用一半減速、一半加速的方式模擬汽車碰撞的沖擊環境。由于沖擊初速度可以設定成實車碰撞車速的一半，所以這類試驗臺的優點是可以大大減少試驗臺加速段導軌的長度。發射型滑車模擬碰撞試驗設備這類試驗臺是將試件(包括假人)反向安裝在滑車平臺上，通過對平臺的加速來模擬汽車碰撞過程中的沖擊環境，如右圖所示。6.4實車碰撞試驗方法及典型設備實車碰撞試驗特點實車碰撞試驗是綜合評價汽車碰撞安全性能的最基本、最有效的方法。它從乘員保護的觀點出發，以交通事故再現的方式，來分析車輛碰撞前后的乘員與車輛運動狀態及損傷狀況，并以此為依據改進車輛結構安全性設計，增設或改進車內外乘員保護裝置。雖然實車碰撞試驗費用昂貴、周期較長，但卻是不可替代的試驗方法。實車碰撞試驗6.4實車碰撞試驗方法及典型設備實車碰撞試驗的目的1.車輛安全性能的綜合評價2.安全約束系統和整車的關系3.分析車身變形對乘員生存空間的影響4設定模擬碰撞試驗的碰撞環境5.再現實際交通事故過程實車碰撞試驗按碰撞形態分類1.正面碰撞2.側面碰撞3.追尾碰撞4.車輛動態翻滾5.角度碰撞實車碰撞試驗6.4實車碰撞試驗方法及典型設備實車碰撞試驗室主要包括的設備1.碰撞區2.牽引系統3.浸車環境室4.照明系統5.假人標定室6.測量分析室7.車輛翻轉臺右圖為日本汽車研究所(JARI)的實車碰撞試驗室。實車碰撞用主要試驗設備6.4實車碰撞試驗方法及典型設備碰撞區1)固定壁障：碰撞區中的正面碰撞試驗區域設置有固定壁障2)移動壁障：側面碰撞和追尾碰撞是采用移動壁障對停放在碰撞區域中的試驗車輛實施碰撞牽引系統牽引系統是將試驗車輛或移動壁障由靜止加速到所設定的碰撞初速度的裝置。要求：要有準確的速度控制，以滿足試驗法規中規定的碰撞速度要求對于放置有假人的試驗車輛，在牽引過程中，為了防止加速過程中假人姿態發生變化，加速度不能過大。具有導向和脫鉤裝置,導向裝置確保試驗車沿設定的軌道運動。實車碰撞用主要試驗設備6.4實車碰撞試驗方法及典型設備實車碰撞用主要試驗設備浸車試驗室碰撞試驗需用假人，其皮膚、頸部和胸部等采用了許多塑料部件，這些塑料部件的特性是隨著溫度的變化而改變，欲正確測量假人各部位傷害值，必須保證在專門設定的

溫度下進行試驗。照明系統實車碰撞試驗過程中，為了分析汽車的變形形態、了解假人的運動形態，必須同時采用多臺高速攝影(攝像)機拍攝試驗過程。因此，在碰撞區應該設置專用的照明設施。假人標定室為了確保試驗用假人性能的一致性，為實車碰撞試驗假人規定了標定試驗要求。為了使試驗結果具有較好的重復性，最好在實車碰撞試驗室中建有假人標定室，以避免由于運輸對假人標定結果的影響。6.4實車碰撞試驗方法及典型設備車輛翻轉臺1)車輛動態翻轉試驗裝置：將試驗車輛放置在一個傾斜23°的平臺上，平臺以48.3km/的速度運動，到達動態翻滾區后，平臺與安裝在地面上的沖擊緩沖器碰撞，使試驗車脫離平臺，產生動態翻滾。實車碰撞用主要試驗設備2)車輛靜態翻轉試驗裝置：汽車側傾側翻性能綜合試驗臺的最大側翻角度可達45°，角度測量精確度也達到±0.1°，最大翻轉速度小于５°/s。6.4實車碰撞試驗方法及典型設備實車碰撞試驗程序根據美國FMVSS208法規正面碰撞的標準程序中的主要試驗程序，從準備到完成試驗的主要步驟為：1.試驗車輛質量：空載質量+行李質量+假人質量(兩個假人質量)2.燃油箱：抽出全部燃油3.被試車輛的制動液、冷卻液、機油應全部放出4.輪胎氣壓調到規定值5.車輛質量的調整6.加速度傳感器安裝和目標標志紙設置7.座椅與靠背角度調整，及轉向盤位置調整。8.試驗車輛的基本條件為車門全閉不鎖，駐車制動釋放，變速器處空擋位置，鑰匙鎖處于接通位置9.對假人著座姿勢進行檢查10.試驗6.4實車碰撞試驗方法及典型設備正面碰撞試驗正面碰撞試驗的研究范圍1.正面碰撞試驗實現的途徑（牽引裝置、控制裝置、壁障）2.碰撞用假人的開發或尸體代替乘員的試驗3.數據采集與處理4.圖像分析5.乘員傷害指標的確定在認證時，客車進行正面碰撞測試是一個很重要的參考，客車與剛性墻發生正面碰撞時將產生巨大的能量，對牽引系統設備的要求高，標準的施行可行性很低，可采用擺錘撞擊試驗來替代客車正面碰撞固定障礙壁試驗。6.4實車碰撞試驗方法及典型設備正面碰撞試驗正面碰撞法規試驗我國汽車安全法規主要參考歐洲ＥＣＥ法規制定，具有ＥＣＥ法規嚴謹全面的特征，同時又結合了我國實際國情以及道路和車輛的實際情況。6.4實車碰撞試驗方法及典型設備側面碰撞試驗側面碰撞法規試驗美國與歐洲的現有側面碰撞試驗方法不同點較多：移動壁障的臺車質量、尺寸、壁障尺寸、形狀不同；碰撞形態不同；試驗用假人不同；碰撞速度不同；碰撞點的位置不同；乘員傷害指標也略有不同。《汽車側面碰撞的乘員保護》（GB20071-2006）規定了汽車進行側面碰撞的要求和試驗程序，此外還對車輛形式的變更、三維H點裝置、移動變形壁障及側碰撞假人進行了規定。6.5新能源汽車碰撞安全實驗及典型設備新能源汽車碰撞安全實驗新能源汽車通常指純電動汽車、混合動力汽車和燃料電池電動汽車。其共同特點就是含有能量密度較大的儲能單元，在碰撞過程中儲能單元受到沖擊，容易發生起火、爆炸等安全事故。近年來其碰撞安全性成為國內外研究熱點，本節主要介紹純電動汽車和氫燃料電池的被動安全問題。6.5新能源汽車碰撞安全實驗及典型設備新能源汽車碰撞安全實驗新能源汽車碰撞試驗方法在設置碰撞條件時，參照C-NCAP和C-IASI對于汽車碰撞測試的相關設置，采用正面100%覆蓋碰撞、后部100%覆蓋碰撞、側面90°垂直碰撞。《汽車正面碰撞的乘員保護》（GB11551-2014）規定，正面100%覆蓋碰撞試驗整車前方為固定不動的剛性壁障，整車以50km/的速度正面撞擊剛性壁障，撞擊車體前端距剛性壁障正方向10~20mm，正面100%剛性壁障碰撞模型如圖6-33所示。6.5新能源汽車碰撞安全實驗及典型設備新能源汽車碰撞安全實驗新能源汽車碰撞試驗方法根據《汽車側面碰撞的乘員保護》（GB20071-2006）對側面碰撞中可移動變形壁障基本參數的規定可知，壁障裝置模型主要包括臺車和具有吸能功能的吸能塊。壁障裝置模型的整體質量為（950±20）kg，壁障裝置模型以50km/h的速度沿著整車整體坐標系的Y向撞擊處于靜止狀態的整車模型。吸能塊由六塊組成，每塊寬度尺寸為500mm，上層每塊的長度為440mm，下層每塊的長度為500mm，每塊高度尺寸為250mm，吸能塊的材料為蜂窩鋁。6.5新能源汽車碰撞安全實驗及典型設備新能源汽車碰撞安全實驗新能源汽車碰撞試驗方法根據《乘用車碰撞燃油系統安全要求》（GB20072-2006）可知：碰撞裝置的寬為2500mm，高為800mm，棱邊倒角45mm。碰撞面應垂直于被碰撞車輛的縱向中心平面，碰撞臺車水平運動且平行于車輛的縱向中心平面，撞擊速度為50m/h。移動壁障為剛性材料，總質量為（1100±20）kg。6.5新能源汽車碰撞安全實驗及典型設備純電動汽車試驗程序電動汽車碰撞試驗要使電動汽車結構特點和特性與汽車正面碰撞試驗程序相結合,構成一個完整的試驗程序,主要包括下列內容：１)確定動力蓄電池結構特點和特性２)試驗前車輛準備和試驗設備配備３)碰撞過程中的相關檢測４)碰撞試驗后高壓電氣安全檢測純電動汽車碰撞安全實驗6.5新能源汽車碰撞安全實驗及典型設備純電動汽