針對FMVSS226法規(guī)的車輛乘員拋出危險性防范設(shè)計要求

摘要：為了進一步改進汽車安全評價中FMVSS 226《降低拋出危險性》法規(guī)的測試效果，對FMVSS 226法規(guī)進行分析，研究該法規(guī)的技術(shù)要求和試驗程序，并進行相關(guān)試驗。結(jié)果表明：汽車側(cè)氣簾厚度、氣簾展開后6 s內(nèi)的壓降和氣簾展開后的翻折角度均會影響試驗結(jié)果。FMVSS 226法規(guī)試驗顯示，國產(chǎn)汽車大部分沖擊位置的試驗結(jié)果都能夠滿足試驗要求，但部分沖擊位置仍需進一步優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：汽車安全；FMVSS 226法規(guī)；車輛側(cè)氣簾

0 前言

作為國內(nèi)汽車測評的重要體系，中國新車評價規(guī)程（C-NCAP）中加入了FMVSS 226《降低拋出危險性》法規(guī)測試，將其作為汽車安全的評價部分。此外，在FMVSS 226法規(guī)2024版中加入了4種翻滾工況，用于考察在汽車翻滾狀態(tài)下氣簾對車內(nèi)乘員的保護效果[1]。近年來，國內(nèi)車企有意拓展海外市場，需要符合北美市場強制性標準，滿足FMVSS 226法規(guī)是其中重要的一項內(nèi)容[2]。本文通過梳理FMVSS 226法規(guī)并結(jié)合實際試驗，對比了國內(nèi)車型的實際FMVSS 226法規(guī)試驗數(shù)據(jù)，分析了國產(chǎn)車型在防止乘員被拋出方面的性能，以期為相關(guān)從業(yè)人員提供參考。

1 FMVSS 226法規(guī)試驗概述

1. 1 試驗要求

試驗采用質(zhì)量為（18±0.05） kg的直線導(dǎo)向頭部模型，測試車輛相應(yīng)部件（側(cè)氣簾處于展開狀態(tài)）阻止乘員被拋出的性能。在278 J（對應(yīng)車速（20±0.5） km/h）和178 J（對應(yīng)車速（16±0.5） km/h）2個能量等級的沖擊下，頭部模型沖擊采光口內(nèi)表面后，其移動距離不得超過100 mm，如圖1所示。

1. 2 試驗區(qū)域及目標點

側(cè)面透光口是指除了門開口外，垂直于車輛且垂直縱向平面的水平線與開口邊緣相切的所有點軌跡。周邊包括距窗玻璃內(nèi)表面內(nèi)側(cè)100 mm和距側(cè)窗玻璃外表面外側(cè)25 mm的表面[3]。外圍不包括用于在玻璃或門與車輛內(nèi)部之間形成防水密封的任何柔性襯墊材料或擋風雨條，以及用于方便乘客進出的把手和座位的任何部分。

側(cè)面透光口是確認試驗區(qū)域的重要基準。將車輛狀態(tài)按照車輛試驗狀態(tài)調(diào)整好后，根據(jù)側(cè)面透光口的定義方法在車輛側(cè)面車窗進行標記，在標記的過程中需要將車輛內(nèi)部之間形成防水密封的所有柔性襯墊材料或擋風雨條拆除，如車輛內(nèi)部的門把手會影響透光口的標記，因此也需要對其進行拆除。在標記過程中，應(yīng)盡可能多地標記與開口邊緣相切的軌跡點，其目的是還原側(cè)面車窗的輪廓，按此方法標記前后車窗的側(cè)面透光口。

1. 3 目標位置的邊界

基于上述確認的側(cè)面透光口，將側(cè)面透光口的每個點橫向投影到車輛的垂直縱向平面上，這些投影點以（25±2） mm的距離向由側(cè)面透光口投影點構(gòu)成的軌跡線的幾何中心偏移。為了實現(xiàn)投影效果，可使用三坐標測量儀器輔助記錄側(cè)面透光口的軌跡點，并通過計算機繪圖軟件進行處理，如圖2所示。

1. 4 沖擊位置及數(shù)量確認

按照FMVSS 226法規(guī)給出的沖擊頭型輪廓曲線函數(shù)，將頭部模型放置在側(cè)面車窗的模型中，首先確認初級目標點的基準位置（見表1），其次基于一級目標點的距離來確定二級目標，最終生成保留的沖擊點[4]，如圖3和圖4所示。

1. 5 確定零位移平面

對于試驗用固定玻璃窗，應(yīng)保證其完好且放置正確位置；對于試驗用移動玻璃窗，應(yīng)保證其完好且處于完全關(guān)閉狀態(tài)。目標沖擊點與任意目標位置中心的偏差應(yīng)控制在±2 mm內(nèi)，拋出沖擊器位于車輛內(nèi)部并向車窗慢慢移動，直到與玻璃窗內(nèi)部接觸，接觸壓力不能超過20 N，規(guī)定頭型最外表面最初接觸側(cè)窗的平面為零平面。

2 試驗分析

本文試驗設(shè)計選取國內(nèi)車企生產(chǎn)的3款同類車型進行試驗對比，以獲得不同車型和不同沖擊位置的試驗結(jié)果，通過沖擊時所采集的位移曲線結(jié)合高速攝像輔助記錄頭型及氣簾的接觸狀態(tài)。為保證試驗的一致性，3款車型均采用窗玻璃從側(cè)透光口移除的方法進行FMVSS 226法規(guī)測試。

結(jié)果表明，3款車型的A1試驗結(jié)果均滿足要求。其中，在低速工況（16 km/h）下，B車型的試驗結(jié)果最為理想，A1沖擊點的最大位移為21.94 mm；C車型試驗結(jié)果的理想程度次之，A1沖擊點的最大位移為29.40 mm；相對來說，A車型的試驗結(jié)果最差，A1沖擊點的最大位移為61.85 mm，與限值相差38.15 mm。3款車型的A1沖擊點最大位移均出現(xiàn)在80 ms附近，其中A車型在零平面處位移曲線的上升斜率最大，見表2。

在高速工況（20 km/h）下，A車型表現(xiàn)最佳，其最大位移為44.7 mm；B車型表現(xiàn)次之，其最大位移為45.77 mm；C車型表現(xiàn)最差，其最大位移為86.43 mm，相對于限值的余量為13.5%，從高速攝像來看，C車型氣簾展開后下部與門板出現(xiàn)干涉，導(dǎo)致氣簾下部搭積在門板上，未完全處于正常形態(tài)，門板無法支撐氣簾下部，當氣簾展開后，氣簾下部處于懸浮狀態(tài)，未能對頭型起到很好的阻攔效果，如圖5所示。

3款車型的A4試驗結(jié)果均滿足試驗要求，結(jié)果均較為理想。在高速工況和低速工況下均未超出零平面，相對于限值的余量均超過100%，見表3。

從試驗現(xiàn)象來看，在高、低速工況下3款車型在前窗的A4沖擊點位移均出現(xiàn)負值的情況，A4沖擊位置的氣囊處于較厚形態(tài)，且此處靠近B柱與C柱的交界，氣囊被B柱和C柱支撐，所以沖擊速度為16 km/h和20 km/h時頭型最大位移均未超出零平面，如圖6所示。

按照沖擊點選取規(guī)則，A車型與C車型前窗區(qū)域均出現(xiàn)了A5沖擊點，沖擊質(zhì)心位于A1與A4直線距離的中間位置，這2款車型的A5沖擊點試驗結(jié)果均滿足試驗要求，其中在高、低速工況下C車型的試驗結(jié)果優(yōu)于A車型，見表4。在接觸氣簾后50 ms內(nèi)A車型與C車型的位移上升斜率基本一致，在到達零平面位置時位移的上升趨勢出現(xiàn)差異，在高、低速工況下C車型出現(xiàn)最大位移的時間比A車型提前。可以推測，這是由于氣簾剛度差異造成了阻攔效果產(chǎn)生差異。

在3款車型中，只有A車型后窗沖擊點出現(xiàn)了B1沖擊點，且位于后窗中間靠下的位置，在低速工況（16 km/h）下其最大位移為84.79 mm，距限值要求相差15.21 mm，且出現(xiàn)在95 ms附近；在高速工況（20 km/h）下其最大位移為98.04 mm，距限值要求僅相差1.94 mm，見表5。如圖7所示，結(jié)合高速工況下沖擊過程的高速攝像來看，側(cè)氣簾展開后與門框距離較大，且氣簾展開后下部受到氣體膨脹的影響，相對后門框下部的距離變大，處于懸空狀態(tài)，在與沖擊頭型接觸后的一段時間內(nèi)未起到明顯的減速效果，導(dǎo)致頭型移至零平面時沖擊動能較大，持續(xù)推動氣簾向車外移動，至80 ms時達到最大位移。

3款車型在B2沖擊點的試驗結(jié)果均滿足試驗要求，B車型和C車型的試驗結(jié)果較為理想，見表6。在高低速工況下C車型的最大位移均為超過零平面，在高速工況（20 km/h）下B車型的最大位移為6.92 mm，距離限值相差93.08 mm。在低速工況（16 km/h）和高速工況（20 km/h）下A車型的最大位移分別為68.27 mm和54.19 mm。

與高速工況（20 km/h）相比，在低速工況（16 km/h）下A車型在B2沖擊點的最大位移高出14.08 mm。B2沖擊點在接觸氣簾后，在高速工況下最大位移出現(xiàn)在65 ms附近，低速工況下側(cè)氣簾在被激活的6 s內(nèi)其內(nèi)部壓力下降，導(dǎo)致氣簾剛度降低，最大位移出現(xiàn)在85 ms附近，因此低速工況下的最大位移反而比高速工況下更大。

整體來看，3款車型中C車型的B3試驗結(jié)果最優(yōu)，在高、低速工況下其最大位移為6.48 mm；B車型表現(xiàn)次之，其最大位移為24.63 mm，距限值的最小余量為75.37 mm；C車型的表現(xiàn)最差，其最大位移為48.63 mm。

結(jié)合B車型與C車型的B3沖擊試驗結(jié)果可知，在高、低速工況下B車型的最大位移為49.14 mm，距限值的最小余量為50.86 mm；在低速和高速工況下C車型的最大位移分別為31.48 mm和22.54 mm，與高速工況相比，低速工況下C車型的最大位移高出8.94 mm；B車型與C車型接觸氣簾后的曲線上升趨勢基本一致，見表7。通過高速攝像觀察高速與低速時氣簾展開情況，與高速工況相比，在低速工況下氣簾下部展開后向內(nèi)的翻折角度更大，造成其與車門內(nèi)飾板的懸空距離更大，導(dǎo)致阻攔效果下降，如圖8所示。

3 結(jié)論

本文研究了國內(nèi)車企生產(chǎn)的3款同類車型在 FMVSS 226法規(guī)測試中的表現(xiàn)，對其在不同展開狀態(tài)下的氣簾試驗結(jié)果進行分析，研究了頭型沖擊器的時間位移曲線，采用高速攝像對氣簾及頭型在沖擊過程中的變化情況進行對比，可得到如下結(jié)論：

（1） 汽車側(cè)氣簾厚度會影響試驗結(jié)果，理論上氣囊厚度越大，其對頭型的阻攔效果越好，但實際上更重要的是側(cè)氣簾在展開時與側(cè)門的約束狀態(tài)。

（2） 在FMVSS 226法規(guī)測試中，氣簾展開后6 s內(nèi)的壓力降低和氣簾展開后的翻折角度變化均會影響低速工況和高速工況下同一沖擊點的位移，其中低速工況下位移更大。

（3） 通過后續(xù)國產(chǎn)車型的FMVSS 226法規(guī)試驗顯示，國產(chǎn)車型大部分沖擊位置的試驗結(jié)果均能滿足試驗要求，但部分沖擊位置仍需進行優(yōu)化，建議在開發(fā)過程中重點關(guān)注氣簾展開后其與內(nèi)側(cè)車門的狀態(tài)，應(yīng)避免氣簾出現(xiàn)懸空和漂浮的情況。

參考文獻

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