IIHS正面小偏置碰撞試驗及發展趨勢研究

汪 俊，李雪玲

（中國汽車工程研究院 汽車噪聲振動和安全技術國家重點實驗室，重慶 401122）

在眾多的交通事故類型中，正面碰撞是發生概率最高的事故類型，且在正面碰撞中車內乘員傷亡率也很高。2012年， IIHS針對事故中出現較多的正面小重疊率碰撞的情況，發布了一項新的測試工況：正面25%偏置（又稱“小偏置”）碰撞試驗，并規定了碰撞車速和試驗方法，旨在進一步促進車輛正面碰撞保護性能的提升[1]。該試驗可較好地模擬車頭一側與其它車輛、樹木或者電線桿發生碰撞的事故形態。這項測試的嚴苛性就體現在車輛原本吸能潰縮結構難以發揮應有的功效。

引用格式：

IIHS最初認為，車輛在路上行駛時，乘客座位不一定有人，所以一開始僅推出駕駛員側的正面小偏置碰撞，也理解廠商努力改進駕駛側安全結構的行為。然而，在大部分測試車型完成車輛改進且小偏置碰撞表現良好的2014年，美國仍有超過1 600人在乘客座位喪生，這也促使IIHS進一步關注乘員側的安全情況。IIHS已于2016年修改小偏置測試規程，增加了乘員側小偏置碰撞內容，并計劃于2018年把乘員側25%偏置碰撞測試加入到安全評級中。

1 IIHS正面小偏置碰撞試驗評價方法

下文將分別介紹駕駛員側（以下用左側表示）和乘員側（以下用右側表示）正面小偏置碰撞。

1.1 碰撞試驗工況

左側小偏置碰撞：車輛以64.4 km/h 的速度、25%的重疊率（駕駛員側）正面撞擊固定剛性壁障，如圖1所示。試驗車輛駕駛員位置放置一個Hybrid III 50%假人，用于測量碰撞過程中駕駛員的損傷情況[2]。

右側小偏置碰撞：車輛以64.4 km/h 的速度、25% 的重疊率（乘員側）正面撞擊固定剛性壁障，如圖2所示。試驗車輛駕駛員及乘員位置各放置一個Hybrid III 50%假人，用于測量碰撞過程中駕駛員及乘員的損傷情況[3]。

圖1 左側小偏置碰撞

圖2 右側小偏置碰撞

試驗壁障為剛性壁障，分為駕駛員側和乘員側兩種，結構對稱。駕駛員側的結構尺寸如圖3和圖4所示。根據車輛的撞擊側選擇剛性壁障，并固定于車輛牽引方向上。

圖3 壁障頂部和軸側視圖

圖4 壁障側面和正面視圖

在安裝好所有的測試設備后對車輛試驗質量進行測量，車輛試驗質量包括所有的測試設備和駕駛員假人。

撞擊駕駛員側時，車輛試驗質量應比所測得的整備質量大125～175 kg。撞擊乘員側時，車輛試驗質量應比所測得的整備質量大200～250 kg。

1.2 正面小偏置碰撞評價方法

正面小偏置碰撞評價分為假人傷害、車輛結構、約束系統與假人運動三個方面。假人傷害通過假人頭部和頸部、胸部、大腿和髖部、腿部和腳部的傷害測量值來評估。單項評價和整體評價均分為優秀、良好、及格、差。

正面小偏置碰撞總體評價根據車輛結構、假人頭部和頸部、胸部、大腿和髖部、腿部和腳部的傷害測量值以及約束系統與假人運動的等級計算得到，見表1。

表1 正面小偏置碰撞總體評價表

1.2.1 車輛結構評價

1.2.1.1 車輛結構（左側）

車輛結構等級用侵入量測量值進行評定（圖5），并根據乘員艙結構完整性的定性觀察結果對等級進行修正（降級），測量所得偏移量單位為cm。

圖5 乘員艙侵入量等級評定

所有測量點被劃分為兩個區域：乘員艙下部和乘員艙上部。乘員艙下部包括A柱下鉸鏈、左側擱腳板、左側足板、制動踏板、駐車制動踏板和門檻；乘員艙上部包括轉向管柱、A柱上鉸鏈、上儀表板和左下方儀表板，如圖6所示。

1.2.1.2 車輛結構（右側）

所有測量點被劃分為兩個區域：乘員艙下部和乘員艙上部。乘員艙下部包括A柱下鉸鏈、擱腳板、左側足板、右側足板、足板中心和門檻；乘員艙上部包括A柱上鉸鏈、上儀表板中心、上儀表板、左下儀表板、右下方儀表板，如圖7所示。

圖6 乘員艙測量點（左側）

圖7 乘員艙測量點（右側）

1.2.2 假人傷害值評價

假人傷害等級分為頭部和頸部、胸部、大腿和髖部、腿部和腳部四個身體部位。

每個身體部位都以該部位評價指標為基礎進行傷害等級評定，結果分為優秀、良好、及格和差。身體各部位評價指標的最差結果作為該部位整體評價等級。若某部位所有評價指標均為優秀，則該部位整體評價為優秀；若有一項評價指標為良好，則該部位整體評價為良好；若有一項評價指標為及格，則該部位整體評價為及格；若有一項評價指標為差，則該部位整體評價為差。大腿/臀部、腿部/腳部以左肢或右肢判定的最低等級為基礎進行等級評定。

1.2.3 約束系統與假人運動評價

約束系統與假人運動評價包括正面頭部保護、側面頭部保護、正面胸部保護、乘員防護和其它四個方面。具體評價方法見表2。

表2 約束系統與假人運動評價表

續表2

2 IIHS 試驗結果分析

下面分別選取IIHS已開展左側和右側小偏置碰撞的車型，進行試驗結果對比分析，并初步探討左側和右側小偏置碰撞的應對措施。

表3 IIHS左側和右側小偏置碰撞評級對比

由表3可知，7款車型小偏置左側碰撞測試結果均為優秀，右側碰撞測試評級普遍下降且差異很大。其中，現代途勝兩項測試均為優秀，豐田RAV4的駕駛員側碰撞測試結果為優秀，乘員側碰撞測試為差。

下面重點分析現代途勝和豐田RAV4這兩款車型的小偏置（駕駛員側和乘員側）碰撞試驗結果。

兩款車型的小偏置碰撞試驗結果對比主要從車體結構、假人傷害、約束系統與假人運動三個方面進行分析，其中假人傷害評價從頭部和頸部、胸部、大腿和髖部、腿部和腳部四個方面進行評估，兩個車型的詳細評級結果見表4。

表4 途勝、RAV4左側和右側小偏置碰撞評級結果

2.1 車體結構

現代途勝和豐田RAV4的車體結構評級情況見表5。

表5 途勝、RAV4左側和右側小偏置碰撞車體結構評級

由表5可知，途勝和RAV4右側碰撞的車體結構（含乘員艙上部和下部）變形均大于左側碰撞的車體結構變形，且RAV4左右兩側碰撞產生的車體結構變形差異很大。

下面進一步分析途勝和RAV4的車體結構變形情況。

途勝左側小偏置碰撞的車頂縱梁僅輕微變形，車輛門檻梁未明顯彎曲。途勝右側小偏置碰撞車頂縱梁下部向下彎曲扭曲，導致乘員腿部活動空間受到明顯擠壓。途勝的右側碰撞與左側碰撞相比，其車輛門檻梁變形略嚴重，如圖8和圖9所示。

圖8 途勝左側碰撞車體變形情況

通過對比發現，途勝左、右兩側車體結構強度不完全一致，右側儀表臺后移量更大，導致乘員腿部/腳部空間減少，受傷風險增加。

RAV4左側小偏置碰撞的車頂縱梁僅輕微變形，車輛門檻梁未明顯彎曲。RAV4右側小偏置碰撞車頂縱梁下部向下彎曲且幾乎折斷，導致乘員腿部活動空間受到嚴重擠壓。RAV4右側小偏置碰撞與左側碰撞相比，其車輛門檻梁變形更加嚴重，如圖10和圖11所示。

通過對比發現，RAV4左、右兩側車體結構強度不一致，右側儀表臺后移量更大，導致乘員腿部/腳部空間明顯減少，受傷風險大大增加。

圖10 RAV4左側碰撞車體變形情況

2.2 假人傷害

現代途勝和豐田RAV4的假人傷害評級情況見表6。

表6 途勝、RAV4左側和右側小偏置碰撞假人傷害評級

途勝左側和右側小偏置碰撞時，假人頭部和頸部、胸部、大腿和髖部、小腿和腳部的傷害值均為優秀。

RAV4左側小偏置碰撞時，假人頭部和頸部、胸部、大腿和髖部、腿部和腳部的傷害值均為優秀。RAV4右側小偏置碰撞時，假人頭部和頸部、胸部、大腿和髖部的傷害值均為優秀，小腿和腳部無膝部氣囊保護，其脛骨指標（上部、下部）TI較大，導致其評級降為良好。

2.3 約束系統與假人運動

途勝和RAV4的約束系統與假人運動評級情況見表7。

表7 途勝、RAV4左側和右側小偏置碰撞約束系統與假人運動評級

途勝左側和右側小偏置碰撞時，正面氣囊、側氣囊、側氣簾均已起爆，假人正面頭部保護、側面頭部保護、正面胸部保護均為優秀，如圖12和圖13所示。

圖12 途勝左側碰撞假人情況

圖13 途勝右側碰撞假人情況

RAV4左側和右側小偏置碰撞時，正面氣囊、側面氣囊、側氣簾均已起爆，假人正面頭部保護、側面頭部保護、正面胸部保護均為優秀。碰撞過程中，車輛前排乘員側車門已打開，導致約束系統與假人運動評價自動降級為差，如圖14和圖15所示。

圖14 RAV4左側碰撞約束系統情況

圖15 RAV4右側碰撞約束系統情況

2.4 小結

小偏置為正面碰撞典型工況，主要考察車輛在小重疊率下的碰撞吸能性。碰撞過程中避開了主要承力構件縱梁的作用，車身將產生極大的侵入量，對車輛結構和約束系統保護提出了更高的要求。下面分別從三個方面進行小結。

2.4.1 車輛結構耐撞性分析

對于車身結構來說，左側和右側小偏置相比以往的碰撞測試更加苛刻。由于車輛與壁障接觸的面積更小，所以留給車輛緩沖和吸能的部位也就更小，而且這種碰撞的撞擊點會避開用來吸能潰縮的縱梁。圖16為某車型左側小偏置試驗后車輛底部照片，碰撞過程中車輛縱梁未發生明顯擠壓變形。在此過程中，碰撞時的能量幾乎不受阻隔地直接傳向乘員艙，車輛的前懸架、前車輪以及轉向機構也會向后發生位移，嚴重時還可能侵入乘員艙對乘客造成傷害。

目前，部分企業僅改進駕駛員側車身結構，而通過使用不同類型的材料或者增加駕駛員側材料厚度已無法滿足右側小偏置碰撞的要求。這些車型的左、右車體結構看上去完全一樣，但在碰撞結果上往往有明顯的差異。

圖16 左側小偏置試驗后車輛底部照片

與左側小偏置碰撞的座椅定位（座椅前后行程的中間靠后位置）相比，右側小偏置碰撞的座椅定位（座椅前后行程的中間位置）更靠前，導致乘員空間減少且更易受到擠壓，乘員受傷的風險增大。

綜上所述，右側小偏置碰撞對測試車輛的結構耐撞性和乘員保護能力提出了新要求，企業在后續的車型開發過程中應予以充分考慮。

2.4.2 約束系統與假人運動分析

在左側和右側正面小偏置碰撞中，車身旋轉十分劇烈，導致車輛產生較大縱向移動。碰撞中的車輛橫向運動非常危險，因為它影響假人的運動表現，使假人向車外運動。此時，車內的方向盤及正面氣囊向內運動（與假人的相對運動方向相反），從而導致假人頭部保護不充分，且假人頭部易與車門框及車內側面的硬體結構接觸。

在上述碰撞形式下要求碰撞車輛須具備三個條件：（1）有穩定的正面安全氣囊作用。（2）用于側面頭部保護的安全氣囊展開后前方覆蓋范圍應充分。（3）安全帶提供正面胸部保護并防止假人前傾量過大。車輛的方向盤橫向和垂直位移不能過大，同時也要防止結構件失效（座椅固定點失效、車門打開或分離）導致約束系統與假人運動等級自動降級為差。

全面優化約束系統（正面氣囊、側面氣囊、側氣簾、安全帶之間相互配合），促使其對假人的保護作用最大化。對于安全帶而言，要提前保證乘員的坐姿正確，以確保氣囊能對乘員起保護作用。側面氣簾的點爆要及時且展開充分，能夠提供足夠的保護區域，以確保乘員頭部不與車內硬體結構接觸。而RAV4右側小偏置碰撞時，其約束系統方面得到“差”評價等級的原因是車門打開，導致約束系統與假人運動評估自動降級。

2.4.3 假人傷害分析

通過分析碰撞結果可知，在左側和右側正面小偏置碰撞中，假人頭頸部、胸部的傷害值通常可滿足“優秀”等級要求，而假人腿部的傷害值則受到車身結構侵入的影響較大，常常因傷害值增大而評級下降。

3 結論

由上述分析可知，在左側和右側正面小偏置碰撞中，需要正面氣囊、側面氣囊、側氣簾、膝部氣囊（如有）相互配合使用，才能對乘員起到更好的保護作用。而在車體結構和假人傷害值方面，需進一步提升車輛結構強度，保證其結構完整性，同時有效控制侵入量。

參考文獻（References）：

[1] 鄭祖丹，吳斌，于峰，等. IIHS正面小重疊率碰撞評價方法研究[J]. 上海汽車，2013(11)：11-15.ZHENG Zudan，WU Bin，YU Feng，et al. Study on the Evaluation Method of IIHS Small Overlap Frontal Crash[J]. Shanghai Auto，2013(11)：11-15.(in Chinese）

[2]Small Overlap Program Protocol and Rating Guidelines，Insurance Institute for Highway Safety [Z]. Ruckersville VA：IIHS，2012.

[3]Small Overlap Frontal Crash-worthness Evaluation Crash Test Protocol(Version IV)[Z]. Ruckersville VA：IIHS，2016.