國產某SUV車頂抗壓性能試驗研究

胥峰，陳偉艷，吳云兵，林德強

（卡達克機動車質量檢驗中心（寧波）有限公司，浙江 寧波 315336）

前言

汽車滾翻事故是單車事故的一種主要表現形式，主要是由汽車駛離路面或高速轉彎引起的，其事故的死亡率遠高于其他形式的道路交通事故死亡率[1]。汽車滾翻過程中，車頂受到受沖擊載荷作用發生大變形并侵入乘客區域，使得乘員生存空間變小，容易對乘員造成傷害。大量研究表明，車頂強度偏弱是引起乘員頭部和頸部受傷的直接原因[2]。

汽車頂蓋作為整個車身最大的覆蓋件，連接著白車身的A、B、C柱等重要部位，不但影響著整車外形美觀，更在保持車身結構，保護乘員安全等方面起著尤為重要的作用[3]。目前評價汽車車頂抗壓性能的技術法規中，主要有美國汽車安全技術法規FMVSS 216《車頂抗壓強度》和美國汽車工程師學會標準SAE J996《整車跌落試驗》。在參考FMVSS 216《車頂抗壓強度》的基礎上，我國在2011年初頒布并于2012年實施了GB 26134-2010《乘用車頂部抗壓強度》。

本文依據升級版的美國汽車安全技術法規FMVSS 216a《車頂抗壓強度》，對國產某SUV白車身實施了汽車頂部抗壓強度試驗，并對其結果進行分析與評價。

1 法規解讀

從世界范圍來看，美國在轎車的翻滾安全試驗程序開發及研究相對成熟。目前，全球已正式納入國家國家翻滾試驗法規的右美國的FMVSS 208《滑車翻滾試驗》及FMVSS 216《車頂抗壓強度》。其中，FMVSS 208試驗屬于可選范疇，并無強制性檢測要求；而FMVSS 216試驗為強制性檢測法規，適用范圍內的所有汽車都必須強制執行。因此，FMVSS 216《車頂抗壓強度》是當前全球關于車輛翻滾安全的最有影響力的法規[4]。

1971年，NHTSA發布了FMVSS 216法規，迄今已強制執行約40年[5-6]，該法規在準靜態條件下開展，主要考察汽車頂蓋抵抗侵入變形的能力。試驗裝置的尺寸及安裝角度如圖1所示，加載壓頭為矩形鋼板，其尺寸為762mm×1829mm，加載角度為5°俯仰角及25°傾斜角，以不超過13mm/s的速度對單側頂蓋持續進行加載。技術法規要求，當車頂承受的載荷達到樣車整備質量的1.5倍或22240N（兩者相比取較小值）時，加載壓板下表面的位移不得超過127 mm。

圖1 加載示意圖

2009年，NHTSA發布了FMVSS 216法規的升級版[7]，并于2012年9月起逐步實施。該法規的升級版的改進方面主要包括以下幾點：第一，頂蓋強度標準提高，對于整備質量在2722kg以內的車輛，原法規的強質比（SWR, 加載強度與整備質量的比值）要求是 1.5倍，而升級后強質比要求提高到3倍；第二，適用范圍擴大，對于整備質量在2722kg以上的車輛，原有法規不作檢測要求，而升級版將對整備質量在2722-4536kg進行檢測，且強質比要求為1.5倍；第三，原有法規僅執行單側頂蓋抗壓，而升級版則要求頂蓋兩側都接收抗壓測試，車輛兩側頂蓋試驗分開操作，一側加載完成后再開始另一側的加載；第四，對頭部生存空間提出了具體要求。

我國于2011年頒布了國家標準GB 26134—2010《乘用車頂部抗壓強度》，標準的起始實施日期為2012年1月1日。標準參考美國汽車安全技術法規 FMVSS 216《頂部抗壓強度》制定，主要性能要求與其保持一致，標準指出汽車頂蓋應能樣車整備質量1.5倍的準靜態載荷或22240N（取兩者之間的較小值）時，樣車頂部變形不得超過127 mm。

2 試驗程序

依據FMVSS 216a《頂部抗壓強度》標準對國產某SUV白車身進行車頂抗壓強度試驗，內容包括樣車準備、樣車固定及載荷施加等。

2.1 測試設備

本次試驗設備采用中國汽車技術研究中心研制的型號為ACT1413的乘用車頂部靜壓試驗臺，主要技術參數如表1所示。車頂部靜壓試驗臺主要由試驗臺體，加載系統，位置調整系統、電控系統、計算機控制系統組成，可依據GB 26134、FMVSS 216、FMVSS 216a等標準法規進行乘用車車頂抗壓強度測試。

表1 試驗臺主要技術參數

2.2 樣品準備及固定

試驗樣品為國內某主機廠生產的SUV白車身，白車身的車窗及門鎖等部件應保持完整。同時，試驗前應拆除車身頂部行李架。

按照圖1所示調整好加載壓板的安裝角度，鎖緊角度調整螺栓以保證加載過程中安裝角度不變。將白車身放置于水平的剛性地板之上，通過試驗程序控制面板按調降下加載壓板，直至接近車頂表面。調整樣車位置，保證加載設備下表面的縱向中心線在與車頂接觸的初始接觸點上，同時保證加載壓板上車身寬度方向的刻度線（距壓板最前端254mm）對齊樣車上部的擋風玻璃裝飾條，位置精度保持在10 mm范圍內。

調整好相對位置后，繼續下移加裝裝置，直至加載壓板下表面與車頂完全接觸。在側向方向上，對車輛施加剛性固定，以避免載荷施加過程中車輛或車身的側向移動，如圖 2所示；為防止試驗過程中車身在前后方向上發生移動，前后各通過2根張緊繩加以固定，如圖3所示。

圖2 車身側向固定

圖3 前后方向固定

完成車身固定后應關閉所有車窗、關閉并鎖好所有車門。

2.3 施加載荷

按照委托企業的要求，將加載速度設定為5mm/s，將加載目標定義為加載壓板下移 140mm（注：比法規要求的127mm嚴格）。試驗過程中，加載壓板安裝角度保持不變并作直線運動，加載時間不超過120s。

3 試驗結果與評價

加載后的樣車狀況及試驗曲線分別如圖4、圖5所示。

圖4 試驗后樣車狀況

圖5 載荷&位移隨時間變化曲線

美國公路安全保險協會（IIHS）提出的車頂強度星級評價標準 IIHS-NCAP將車頂能承受最大強度為整車整備質量的2.5倍以下的車輛等級評價為差，2.5～3.25倍為及格，3.25～4倍為良好，4倍以上為優秀。

試驗過程中的最大載荷為 79709N，樣車的整備質量為1800kg，因此強質比為：

其中：

SWR——強質比；

Fmax——加載過程中載荷最大值，單位為N；

M——樣車整備質量，單位為kg；

g——重力系數，單位為m/s2。

從加載后的試驗照片圖4可以看出，白車身結構依然保持較好的完整性，能為乘員提供較好的保護；從計算結果可以看出，強質比的結果為 4.5，樣車車頂抗壓性能達到了IIHS-NCAP評價的優秀級別。

4 結論

本文解讀了乘用車車頂抗壓強度相關法規，介紹了該試驗的相關設備，并詳細闡述了試驗的樣車準備、車身固定方式及載荷施加方法。在此基礎上對國產某SUV白車身進行了頂部抗壓強度試驗，結果表明該樣車的頂部抗壓性能達到了IIHS-NCAP的優秀級別。從側面可以看出，國產整車企業在車身結構設計與制造工藝等方面取得了很大進步。

[1] 張維剛,何文,鐘志華.車輛乘員碰撞安全保護技術[M].長沙：湖南大學出版社, 2007.

[2] RAINS G C, KANIANTHRA J N. Determination of the Significance of Roof Crush on Head and Neck Injury to Passenger Vehicle Occupants in Rollover Crashes[J]. SAE Paper 950655.

[3] 張小云,張延松.轎車白車身頂側圍連接方式研究[J],電焊機,2011,07：50-53.

[4] 彭倩.轎車準靜態頂蓋抗壓及動態翻滾虛擬試驗研究[D].長沙：湖南大學學位論文,2012：11.

[5] Office of the Federal Register. Federal Register, vol. 36, no. 236, pp.23299-23300.National Highway Traffic Safety Administration-Final rule.Docket no.2-6,Notice 5;49 CFR Part 571-Motor Vehicle Safety Standards.Washington,DC：National Archives and Records Adminis-tration, 1971.

[6] Office of the Federal Register. Federal Register, vol. 56, no. 74, pp.15510-15517.National Highway Traffic Safety Administration-Final rule. Docket no. 89-22, Notice 03; 49 CFR Part 571 - Motor Vehicle Safety Standards, Roof Crush Resistance. Washington, DC： Nation-al Archives and Records Administration, 1991.

[7] Federal Motor Vehicle Safety Standard No.216-Roof Crush Resis tance,49 CFR Parts 571 and 585, May 12, 2009-Federal Motor Vehi-cle Safety Standards, Roof Crush Resistance. Washington, DC： Na-tional Archives and Records Administration.