汽車正碰偏移量問題探究

周鵬，胡經國，杜志豪

(中汽研汽車檢驗中心(寧波)有限公司，浙江寧波 315336)

0 引言

做汽車碰撞試驗時，法規有明確規定碰撞后的偏移量要求，其中GB 11551—2014《汽車正面碰撞的乘員保護》要求車輛到達壁障的路線在橫向任一方向偏離理論軌跡均不應超過150 mm[1]；GB/T 20913—2007《乘用車正面偏置碰撞的乘員保護》要求車輛應與壁障表面重疊車輛寬度的40%±20 mm[2]，即左右偏差不超過20 mm。C-NCAP中的正面碰撞和偏置碰撞試驗對于偏移量也是和國標有著同樣的要求。此外，碰撞的偏移還會影響安裝在車輛上的加速度傳感器，偏置碰中就有明確規定“加速度傳感器的安裝應保證實際測量軸線相對于基準軸線的偏離角不得大于5°，除非為分析安裝的影響而采集數據[2]。”因此，對于碰撞偏移量的探究以及采取適當措施去控制和減小碰撞試驗過程中的偏移是十分重要的。

1 汽車正碰試驗中引起偏移量的原因分析

隨著汽車被動安全性研究的迅速發展，實車碰撞試驗過程中，試驗樣車的加速方式有多種，如：牽引式、利用重力式、發射式、遙控行駛式等，并且每一種加速方式又有不同的分類，而不同試驗方式的試驗條件也不完全相同，如試驗跑道的長度、試驗樣車加速至碰撞過程中的運行情況等，這些因素的不同導致了跑偏方式的不同[3]。

目前試驗室采用的是鋼絲繩牽引式系統，該系統工作時將小滑車夾緊牽引繩，開啟鋼絲繩循環運轉，再由小滑車帶動試驗車加速至試驗速度，到達壁障前，利用脫鉤裝置脫鉤，試驗車輛利用慣性保持當前速度撞擊壁障，完成試驗。

分析整個碰撞試驗過程，得出會影響試驗車偏移的因素有以下幾點：

(1)車輛前后找中不準。在準備車輛時需要將車輛進行對中處理，使車輛處于軌道正中間位置。所以車輛前后的中點如果有偏差，會導致車輛一開始就是偏的，牽引系統工作時，受鋼絲繩牽引力作用，車輛的偏移會控制在較小范圍內，但是小滑車脫鉤后，車輛因慣性自由向前時會有大概率出現明顯跑偏現象。

(2)用于掛車的鏈條左右端不對稱且鏈條過長。鏈條兩端不對稱會導致在牽引過程中受力不均勻，使車輛發生偏轉。而且如果鏈條過長，車脫鉤后，鏈條與地面會接觸，也有可能使鏈條與脫車鉤接觸，造成車輛偏轉。

(3)車輛輪子本身有偏移。試驗車輛如果沒有進行過四輪定位，那就很難將車輛完全擺正，即使能夠擺正，也無法阻止車輛在牽引過程中發生偏轉。

(4)跑道平整度不好，左右側不水平。車輛在理想情況下牽引，也會因為跑道平整問題在脫鉤之后，車輛處于慣性自由行駛過程中造成偏轉。

(5)脫鉤之后發生偏離。脫鉤之后，車輛因慣性自由向前滑動，此時在無牽引力的狀態下，車輛受外部因素如跑道平整度、鏈條過長觸碰地面、車輪偏轉等的影響會很大。

2 測量偏移量的方法探究

為準確獲得碰撞后的偏移量，需要進行測量。而測量方法有以下幾種：

(1)顏料標記法。試驗前在車輛的前保險杠位于車輛縱向中心線的表面兩側間隔2 mm貼兩條紙膠帶，將油性不易干的顏料畫在中心線上，同時撕去膠帶。試驗后觀察顏料印記與撞擊面事先確定是中心線間的距離即為碰撞偏移量。例如做100%正面碰撞試驗時，偏移量的測量可以是壁障處膠合板上的豎直中心線與試驗車的顏料印記之間的距離；做40%偏置碰撞等試驗時可在車輛和壁障上同時畫上不同顏色的顏料來測量碰撞后的偏移量。圖1和圖2的標記線就是正碰試驗時所畫的線，這次試驗的偏移量就是圖2中線1與線2之間的距離。

圖1 試驗車輛最前端標記線

圖2 壁障處標記線

(2)螺釘標記法。采用細小的螺釘或尖銳的硬質物固定在車輛最前端的碰撞中心線位置，在碰撞壁障處畫上中心線，碰撞后螺釘在壁障表面形成的印記與中心線之間的距離即為偏移量。如圖3所示。

圖3 螺釘標記法

(3)攝影標對比法。通常可用于偏置類試驗，在試驗車輛碰撞中心線處貼上鋼琴貼，在壁障側碰撞中心線前端固定高速相機用以采集碰撞瞬間視頻，根據視頻中的攝影標與壁障接觸觀測出偏移量，如圖4所示。還有一種方式是：在車輛與壁障的水平投影面上以相對固定的距離貼上寶馬貼，在碰撞過程采集頂部攝像，根據錄像和專用軟件測算出碰撞時兩個寶馬貼的相對距離與試驗前的固定距離比較得出偏移量，如圖5所示。

圖4 攝影標對比法1

圖5 攝影標對比法2

(4)壓紙標記法。試驗車輛在碰撞壁前對正時(為調高速攝像機)將白色A4 紙橫貼于地面左前車輪路徑上，使碰撞時左前輪剛好壓過，左后輪不能壓到的位置；推動已對正車輛，使左前輪在紙上壓過留下印記；車輛返回發車間后，在原來的 A4 紙位置上再對齊覆蓋一張新紙；試驗時車輛左前輪再次在新紙上留下印記，橫向撕掉一半上層的紙，測量接縫處上下先后印記的偏差即為近似碰撞車輛軌跡偏移[4]。

圖6 壓紙標記法

(5)底部攝像測算法。在車輛底部貼好標記線，通過觀察碰撞時的底部攝像大致測算出偏移量。

圖7 底部攝像測算法

對于這幾種測量偏移量的方法之間的比較來看：顏料標記法適用范圍較廣，精度一般，實際試驗中易出現印記剮蹭、不明顯等現象；螺釘標記法適用范圍小，精度高；攝影標對比法適用范圍廣，精度一般，受硬件設備相機和計算軟件的影響大，可粗略判斷偏移量是否符合法規要求；壓紙標記法適用范圍廣，精度一般，幾乎可適用于任何試驗，但會遇到試驗車輛碰撞后反彈再次壓過紙張留下二次印記，導致誤差增大的情況發生；底部攝像測算法適用范圍較小，精度差，可大致判斷偏移量是否符合要求。在不同的試驗條件下，可選擇不同的方法進行測量，而且為了保證測量數據的可靠性，可選擇兩種以上的方法同時進行。

3 減小偏移量的改進措施

為了減小碰撞的偏移量，增加試驗精度，提高試驗結果的準確性，需要做一些改進的措施。采取措施前統計的20次正面碰撞試驗的偏移量如圖8所示。

圖8 改進前正面碰撞試驗的偏移量

圖8中向左偏移為負，向右為正，可以看出20次試驗中有12次向左偏移，8次向右偏移，偏移量的平均值為-1.45 mm，用標準偏差來表示數據的離散程度結果為15.031 55。不難分析，每次試驗偏移的方向和大小都是隨機的，無法從偏移量的數據入手，試圖尋找規律以便減小偏移量所以改進措施需要從影響因素著手。

根據上述的幾條影響因素做出如下的改進措施：試驗前車輛找中過程用常規的尺子找中點與三坐標測中點相結合，找出車輛前后正確的中點；在實驗準備掛牽引鏈條時注意鏈條兩端一定要對稱，且長度把握在剛好能掛上滑車，控制鏈條足夠的短；試驗前對沒有做過四輪定位的車輛做四輪定位；脫鉤位置盡量前移，縮短脫鉤后汽車的自由行程。

經過整改之后，再次統計20次試驗的數據，結果如圖9所示。

圖9 改進后正面碰撞試驗的偏移量

由圖9可以看出經過整改之后的20次試驗中有11次向左偏移，9次向右偏移，偏移的平均值為0.89 mm，標準偏差為5.78。相比于整改前的數據，不管是平均值還是離散性都有較大的改進，能夠將偏移量穩定地控制在較小范圍內。

4 結束語

進行汽車碰撞試驗過程中發生偏移是無法避免的，能做的就是盡量減小和控制偏移量，以免對試驗的結果造成過大的影響。通過對偏移量的影響因素分析入手，提出相應的改進措施，可以得出試驗前確定車輛的中點、牽引鏈條要對稱且尺寸合適、對車輛做四輪定位以及車輛脫鉤裝置盡量靠近壁障等措施，這些都對改善偏移量有一定的參考指導作用。