客車與乘用車側面碰撞試驗相容性實例分析

胡經國,張曉龍，丁冉冉,朱曉勇，陳亞依,杜志豪,周杭衛

(卡達克機動車質量檢驗中心(寧波)有限公司,浙江寧波 315336)

0 引言

隨著被動安全行業的發展，在法規方面更為完善，對車輛的安全性要求逐漸提高。目前發生碰撞時車輛對乘員的保護水平也已顯著提高，但是在車輛與車輛發生碰撞時，兩輛車的結構損壞情況及對兩車內的乘員傷害程度往往不同，尤其是當質量相差較大的車輛發生碰撞時，這種現象更為明顯。這種差異在很大程度上歸因于碰撞雙方車輛在質量、剛度和幾何形狀方面的差異，導致碰撞的不相容[1]。車輛之間碰撞的相容性是指不同類型的車輛發生碰撞時，雙方車輛都能對彼此的車內乘員提供相同的安全保護級別[1]。

1 研究的必要性

由于道路車輛情況復雜，事故形式多樣，發生碰撞不相容情況的事故較多，在城市道路上，由于客車與乘用車形成了較為明顯的整備質量間的差異，最容易發生碰撞不相容的情況。從車輛在質量、剛度和幾何形狀三個方面的差異來看[1]，由于客車底盤高度與小型汽車相差不大，小型汽車不會發生鉆入客車車底的情況，且客車車身整體均為平面，幾何形狀影響較小，而整備質量及前端剛度的差異對于碰撞的結果起著至關重要的作用[1]。

2 研究方法

因乘用車之間的質量差異不是很明顯，對其碰撞相容性分析帶來一定難度；而乘用車與客車之間的質量差異，在受到相同程度的撞擊時，會比較明顯的顯示兩者的優劣。

乘用車側面碰撞試驗所使用的移動壁障，其前端安裝的蜂窩鋁通過設計形狀、尺寸、密度、材料等參數來模擬實際車輛的前端變形區域，移動壁障剛性區域模擬實車的乘員艙等非變形部分[2],側面碰撞臺車質量要求為(950±20) kg[3]。

GB 20071-2006《汽車側面碰撞的乘員保護》[3]中的試驗為側面碰撞試驗，通過移動壁障與車輛進行90°側面碰撞的形式來模擬實車與車輛的90°側面碰撞，評估被試驗車輛結構及其內乘員的傷害情況來考核被試驗車輛的側面碰撞性能。

工信部裝[2016]377號文《電動客車安全技術條件》[4]中,第C.3.2項要求移動變形壁障的特性應符合GB 20071-2006附錄C規定的特性。第C.4項要求在碰撞瞬間，移動變形壁障的速度應為(50±1) km/h，該試驗速度與GB 20071-2006中的相同。在移動壁障相同及碰撞速度相同的前提下，乘用車與電動客車側面碰撞只有被撞車輛及考核內容不同。雖然該文件主要是用來考核電動客車的電安全要求，但對于研究乘用車與客車的碰撞相容性也有著重要的實際意義。

文中將通過整理多次乘用車側面碰撞試驗的車身非碰撞側加速度值，并對試驗結果進行整理分析。同時，還將測量多次電動客車側面碰撞試驗的臺車質心的加速度值，與乘用車側面碰撞試驗結果進行對比分析，并結合側面碰撞臺車前端蜂窩鋁的變形情況，研究乘用車與客車碰撞時的相容性。

3 試驗數據分析

3.1 加速度峰值

對進行側面碰撞試驗的40輛乘用車的整備質量及非碰撞側車身加速度值進行統計，整備質量在800～1 800 kg之間，所有試驗樣品的加速度值和乘用車整備質量分布情況如圖1所示。

圖1 車身加速度值和乘用車整備質量分布情況

為了使整備質量與峰值加速度能夠較好地顯示在同一個圖片中，圖中整備質量值是實際整備質量乘以0.005后的結果。圖中擬合線由所有峰值加速度值趨勢線通過快速傅里葉變換[5]的方法得出。從圖中可以看出，隨著整備質量的增加，車輛峰值加速度的整體呈現了下降的趨勢，剛開始下降較為明顯，中間部分整體呈下降趨勢，但有較為明顯的波動，后部下降趨勢又較為明顯。

為了對數據進一步分析，將所有樣品按照整備質量分為六組，第一組試驗樣品1—3號質量為800 kg(700～900 kg)左右；第二組4—17號為1 000 kg(900～1 100 kg)左右；第三組18—33號為1 200 kg(1 100～1 300 kg)左右；第四組34—37號為1 400 kg(1 300～1 500 kg)左右；第五組38號為1 600 kg(1 500～1 700 kg)左右；第六組39—40號為1 800 kg(1 700～1 900 kg)左右。將每組的峰值加速度值取平均值。整備質量與峰值加速度值如圖2所示。

圖中整備質量值仍是實際整備質量乘以0.005后的結果。從圖2可以看出，隨著車輛整備質量的增加，車身非碰撞側所承受的峰值加速度平均值是逐漸降低的。由于臺車質量加上蜂窩鋁質量后在1 000 kg左右[3]，與試驗樣品第2組質量近似，從圖2中可以看出，整備質量從800 kg增加到1 000 kg，車身加速度降低值較為明顯；而從1 000 kg增加到1 200 kg，車身承受的加速度峰值降低較少；而從第4組即整備質量為1 400 kg之后，車身承受的峰值加速度比1 000 kg左右有明顯的降低。即在被撞車輛整備質量高于1 400 kg時，臺車所承受的峰值加速度及需要吸收的碰撞能量[6]將明顯增加。

圖2 車身加速度值和乘用車整備質量對比情況

目前市場上的客車整備質量為12 000 kg左右，遠高于文中提到的會使臺車所承受的碰撞能量明顯增加的1 400 kg。采集客車側面碰撞試驗的臺車質心加速度值，并與乘用車非碰撞側車身加速度值進行對比，如圖3所示。

圖3 乘用車與客車相關加速度值分布情況

圖3為將所采集的9次臺車質心加速度與圖1中乘用車側面碰撞試驗中所承受的峰值加速度進行對比。發現當臺車與客車進行側面碰撞試驗時，其質心處的峰值加速度也基本穩定在乘用車側面碰撞時車輛產生的最大加速度值30g左右。

3.2 蜂窩鋁變形

相同質量的臺車以相同的速度分別與乘用車和客車進行側面碰撞試驗后，臺車上的蜂窩鋁變形情況如圖4所示。

從圖4中可以看出：乘用車移動壁障碰撞蜂窩鋁表面并未發生完全變形，仍有變形吸能的空間，而客車移動壁障碰撞后蜂窩鋁已發生完全變形，從兩者對比看，撞擊客車的臺車吸收的能量更多，反映出撞擊力度與持續時間更長。蜂窩鋁的完全壓潰對應于1 000 kg左右的實車來說，其前部發動機艙已經產生了嚴重的擠壓變形，而前部壓潰區域對于乘員艙的侵入量將產生重要的影響，從而對駕駛員的傷害將大大提高[7]。

圖4 蜂窩鋁變形情況對比

相同的一輛車在撞擊不同質量的車時，撞擊質量較大的車時自身需要吸收的能量要更大，對自己更加不利。

從以上分析得出：當臺車所模擬的車輛與客車進行碰撞時，不僅其車身承受了較大的碰撞加速度，會對乘員產生更為嚴重的傷害(這種情況下為保護乘員安全，會對乘員的約束系統提出更高的要求[8])，而且其前部變形區域壓潰嚴重，會造成乘員艙前圍板及方向盤腳踏板等較大的侵入量[7]，這種碰撞形式對于乘用車來說非常不利。在市區道路上行駛時，乘用車應遠離道路上的客車，避免發生碰撞。

4 結論

當乘用車與客車發生碰撞時，乘用車與客車的碰撞相容性較差，乘用車處于明顯不利的地位。乘用車的前圍板及方向盤腳踏板等將會產生較大的侵入量，車身將承受較高的碰撞加速度，要吸收更多的能量，會對駕駛員及乘員產生較為嚴重的傷害。在道路上行駛時，乘用車應避免與客車發生碰撞，以保證自身的生命財產安全。