汽車(chē)正面碰撞安全評(píng)價(jià)方法的研究與應(yīng)用

摘 要：文章基于國(guó)內(nèi)汽車(chē)被動(dòng)安全發(fā)展的現(xiàn)狀，并結(jié)合國(guó)外有關(guān)汽車(chē)保險(xiǎn)評(píng)級(jí)的方法，從高速碰撞和低速碰撞兩個(gè)方面出發(fā)，提出了一套公平、客觀的，且適用于國(guó)內(nèi)汽車(chē)在正面碰撞安全方面的評(píng)價(jià)方法。然后，依據(jù)該評(píng)價(jià)方法對(duì)幾款車(chē)型進(jìn)行了實(shí)車(chē)驗(yàn)證。結(jié)果證明，該評(píng)價(jià)方法可以為消費(fèi)者提供車(chē)輛在正面碰撞中，有關(guān)乘員防護(hù)性能和車(chē)輛抗損性能方面的綜合信息。

關(guān)鍵詞：正面碰撞 被動(dòng)安全 評(píng)價(jià)方法

0 引言

目前，在歐盟、美國(guó)及日本等汽車(chē)發(fā)達(dá)國(guó)家中，汽車(chē)碰撞安全評(píng)價(jià)已經(jīng)成為保險(xiǎn)公司制定汽車(chē)保險(xiǎn)費(fèi)用的一項(xiàng)重要依據(jù)。例如美國(guó)，其大部分保險(xiǎn)公司在制定車(chē)險(xiǎn)費(fèi)用時(shí)，通過(guò)計(jì)算與人相關(guān)的主要費(fèi)率系數(shù)和與車(chē)相關(guān)的次要費(fèi)率系數(shù)來(lái)得出車(chē)輛承保的費(fèi)率系數(shù)，從而得到總的車(chē)險(xiǎn)費(fèi)用[1]。其中，與車(chē)相關(guān)的次要費(fèi)率系數(shù)則是通過(guò)相關(guān)的測(cè)試方法來(lái)確定，例如40%正面偏置碰撞，側(cè)面碰撞，車(chē)頂強(qiáng)度測(cè)試，以及翻滾等測(cè)試方法。

汽車(chē)的高速碰撞試驗(yàn)主要用于考核車(chē)輛發(fā)生高速碰撞時(shí)，通過(guò)分析車(chē)內(nèi)假人各部位所采集到的傷害值來(lái)確定整車(chē)的安全性，考核的是車(chē)輛對(duì)車(chē)內(nèi)乘員的防護(hù)性[2-3]。相比高速碰撞試驗(yàn)，低速碰撞試驗(yàn)主要考核的是車(chē)輛自身的抗損性能，通過(guò)分析碰撞后車(chē)輛受損程度的大小和修復(fù)的難易程度來(lái)評(píng)價(jià)車(chē)輛的碰撞安全性[4]。相比高速碰撞，低速碰撞的事故率在現(xiàn)實(shí)生活中發(fā)生的概率較高一些。例如在城市路況中，車(chē)輛之間的碰撞事故一般都屬于低速碰撞，且車(chē)內(nèi)乘員一般都不會(huì)受到很大的傷害[5]。

因此，本文基于國(guó)內(nèi)汽車(chē)被動(dòng)安全發(fā)展的現(xiàn)狀，并結(jié)合國(guó)外有關(guān)汽車(chē)保險(xiǎn)評(píng)級(jí)的方法，從高速碰撞和低速碰撞兩個(gè)方面出發(fā)，提出了一套公平、客觀的，且適用于國(guó)內(nèi)汽車(chē)在正面碰撞安全方面的評(píng)價(jià)方法。

1 評(píng)價(jià)方法

本文提出的汽車(chē)正面碰撞安全評(píng)價(jià)方法主要包括兩個(gè)部分，分別為高速的正面碰撞試驗(yàn)和低速的偏置碰撞試驗(yàn)。高速部分主要通過(guò)假人的傷害值來(lái)進(jìn)行評(píng)分，低速部分則通過(guò)車(chē)輛的損壞程度來(lái)進(jìn)行評(píng)分。具體的評(píng)價(jià)方法為：首先，依據(jù)高速試驗(yàn)和低速試驗(yàn)中的考核項(xiàng)目，分別設(shè)置相應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)，并為各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)設(shè)定一定的分值。然后，依據(jù)各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的測(cè)試結(jié)果來(lái)計(jì)算得分，并將得分求和得出每項(xiàng)試驗(yàn)的得分。最后，將每項(xiàng)試驗(yàn)的得分進(jìn)行求和，即得出該車(chē)型的總分。

1.1 高速試驗(yàn)

高速試驗(yàn)為試驗(yàn)車(chē)輛以100%重疊正面沖擊固定剛性壁障。碰撞速度為500-2km/h。要求試驗(yàn)車(chē)輛到達(dá)壁障的路線(xiàn)在橫向任意方向偏離理論軌跡不得超過(guò)150mm，如圖1所示。在前排駕駛員和乘員位置分別放置一個(gè)Hybrid III型第50百分位男性假人，用以測(cè)量前排人員的受傷害情況。

該項(xiàng)試驗(yàn)考核的是車(chē)輛對(duì)車(chē)內(nèi)乘員的保護(hù)性。通過(guò)分析車(chē)輛在發(fā)生正面碰撞后，車(chē)內(nèi)假人的傷害值來(lái)判斷車(chē)輛性能的好壞。試驗(yàn)的評(píng)價(jià)指標(biāo)為假人頭部、頸部、胸部和大腿的傷害值。

1.2 低速試驗(yàn)

低速試驗(yàn)為試驗(yàn)車(chē)輛以40%重疊正面沖擊固定不可變形壁障。碰撞速度為15+1-1km/h，要求偏置碰撞車(chē)輛與不可變形壁障碰撞重疊寬度應(yīng)在40%車(chē)寬±25mm的范圍內(nèi)，如圖2所示。在前排乘員位置放置一個(gè)Hybrid III型第50百分位男性假人，假人作配重使用不需要采數(shù)。

該項(xiàng)試驗(yàn)考核的是車(chē)輛自身的抗損性。車(chē)輛在發(fā)生碰撞時(shí)，由于是低速碰撞，假人幾乎沒(méi)有傷害。因此，通過(guò)分析車(chē)輛的損壞程度來(lái)判斷車(chē)輛碰撞安全性能的好壞。試驗(yàn)的評(píng)價(jià)指標(biāo)為車(chē)輛的被動(dòng)安全裝置、零部件損壞程度和車(chē)身結(jié)構(gòu)的變形量。

2 高速試驗(yàn)

高速試驗(yàn)為50km/h的正面100%重疊剛性壁障碰撞試驗(yàn)。在該項(xiàng)試驗(yàn)中，可以得到的最高分?jǐn)?shù)為10分。分值由前排假人的傷害值所決定，假人的評(píng)分部位為頭部、頸部、胸部和大腿部，每個(gè)部位的最高得分分別為3分、2分、3分和2分。

前排假人評(píng)分以駕駛員側(cè)假人的傷害指數(shù)為基礎(chǔ)，只有當(dāng)乘員側(cè)假人相應(yīng)部位的得分低于駕駛員側(cè)假人相應(yīng)部位的得分時(shí)，才采用乘員側(cè)相應(yīng)部位得分來(lái)代替。對(duì)于前排的成年假人，基本的評(píng)分原則是：設(shè)定高性能指標(biāo)限值和低性能指標(biāo)限值，分別對(duì)應(yīng)每個(gè)部位的最高得分和0分；若同一部位存在多個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，則采用其中的最低得分來(lái)代表該部位的得分；所有單項(xiàng)得分保留到小數(shù)點(diǎn)后兩位。

2.1 頭部部位評(píng)分

假人的頭部評(píng)價(jià)指標(biāo)包括頭部傷害指數(shù)（HIC35）和3ms合成加速度值，每一個(gè)指標(biāo)對(duì)應(yīng)的最高得分均為3分，最低得0分，采用高性能限值和低性能限值來(lái)計(jì)算。

低性能限值和高性能限值分別對(duì)應(yīng)0分和3分，處于兩者之間的測(cè)量值分別采用線(xiàn)性插值的方法得出相應(yīng)分?jǐn)?shù)，該分?jǐn)?shù)采用四舍五入的方法保留到小數(shù)點(diǎn)后兩位。

2.2 頸部部位評(píng)分

頸部的評(píng)價(jià)指標(biāo)包括剪切力Fx、伸張力Fz和伸張彎矩My，每一個(gè)指標(biāo)對(duì)應(yīng)最高分均為2分。

高性能限值：

剪切力

Fx 2.5 kN @ 0 msec，1.3 kN @ 25–35 msec，1.1 kN @ 45 msec

伸張力

Fz 3.0 kN @ 0 msec，2.6 kN @ 35 msec，1.1 kN @ 60 msec

伸張彎矩

My 50 Nm

低性能限值：

剪切力

Fx 3.1 kN @ 0 msec，1.5 kN @ 25–35 msec，1.1kN @ 45 msec

伸張力

Fz 3.3 kN @ 0 msec，2.9 kN @ 35 msec，1.1kN @ 60 msec

伸張彎矩

My 57 Nm

對(duì)于頸部的剪切力和伸張力是通過(guò)累積曲線(xiàn)來(lái)評(píng)價(jià)的，是限值對(duì)時(shí)間的函數(shù)。經(jīng)過(guò)調(diào)整，計(jì)算出點(diǎn)對(duì)時(shí)間的圖。每個(gè)點(diǎn)均對(duì)應(yīng)各自的高低性能限值，通過(guò)線(xiàn)性插值可計(jì)算出每個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的分?jǐn)?shù)，以其中最低得分作為部位得分。限值圖和評(píng)分界限如圖3和圖4所示。對(duì)于伸張彎矩，采用線(xiàn)性插值的方法來(lái)計(jì)算得分，然后采用四舍五入的方法保留小數(shù)點(diǎn)后兩位。

2.3 胸部部位評(píng)分

胸部評(píng)價(jià)指標(biāo)包括壓縮變形量和粘性指數(shù)（VC），每一個(gè)指標(biāo)對(duì)應(yīng)最高分均為3分。

低性能限值和高性能限值分別對(duì)應(yīng)0分和3分，處于兩者之間的測(cè)量值分別采用線(xiàn)性插值的方法得出相應(yīng)分?jǐn)?shù)，該分?jǐn)?shù)采用四舍五入的方法保留到小數(shù)點(diǎn)后兩位。

2.4 大腿部位評(píng)分

大腿部位的評(píng)價(jià)指標(biāo)為假人大腿壓縮力。

對(duì)于大腿壓縮力，是通過(guò)累積曲線(xiàn)來(lái)評(píng)價(jià)的，是限值對(duì)時(shí)間的函數(shù)。經(jīng)過(guò)調(diào)整，計(jì)算出點(diǎn)對(duì)時(shí)間的圖。每個(gè)點(diǎn)均對(duì)應(yīng)各自的高低性能限值，通過(guò)線(xiàn)性插值可計(jì)算出每個(gè)點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的分?jǐn)?shù)，以其中最低分作為部位得分。限值圖和評(píng)分界限如圖5所示。

3 低速試驗(yàn)

低速試驗(yàn)為15km/h的正面40%重疊剛性壁障碰撞試驗(yàn)。在該項(xiàng)試驗(yàn)中，可以得到的最高分?jǐn)?shù)為10分。具體得分通過(guò)判斷試驗(yàn)后車(chē)輛的被動(dòng)安全裝置是否啟動(dòng)，零部件損壞率，以及車(chē)身前端結(jié)構(gòu)的變形量而得出。每項(xiàng)的最高得分分別為4分、3分和3分。

基本的評(píng)分原則是：對(duì)于被動(dòng)安全裝置是否會(huì)啟動(dòng)采用條件性判斷，即滿(mǎn)足條件得4分，否則不得分；關(guān)于零件損壞率和車(chē)身前端結(jié)構(gòu)的變形量采用設(shè)定高性能指標(biāo)限值和低性能指標(biāo)限值，分別對(duì)應(yīng)每項(xiàng)測(cè)試的最高得分和0分。

3.1 被動(dòng)安全裝置評(píng)分

被動(dòng)安全裝置采用條件性判斷，即符合條件得分，否則不得分。

滿(mǎn)分條件為：試驗(yàn)后車(chē)輛配置的所有被動(dòng)安全裝置均未啟動(dòng)。

試驗(yàn)后，若車(chē)輛滿(mǎn)足該條件，則該項(xiàng)測(cè)試得滿(mǎn)分；若存在任一被動(dòng)安全裝置被觸發(fā)，則得0分。

3.2 零件損壞率評(píng)分

零件損壞率通過(guò)記錄試驗(yàn)后車(chē)身零件的損壞數(shù)量和程度來(lái)計(jì)算得出，采用高性能限值和低性能限值來(lái)計(jì)算。

低性能限值和高性能限值分別對(duì)應(yīng)0分和3分，處于兩者之間的測(cè)量值分別采用線(xiàn)性插值的方法得出相應(yīng)分?jǐn)?shù)，該分?jǐn)?shù)采用四舍五入的方法保留到小數(shù)點(diǎn)后兩位。

3.3 車(chē)體結(jié)構(gòu)損壞評(píng)分

車(chē)體結(jié)構(gòu)損壞的評(píng)分主要通過(guò)測(cè)量被測(cè)試車(chē)輛的底盤(pán)結(jié)構(gòu)件在試驗(yàn)前后是否存在變形而得出，其對(duì)應(yīng)最高分為3分，采用高性能限值和低性能限值來(lái)計(jì)算。

低性能限值和高性能限值分別對(duì)應(yīng)0分和3分，處于兩者之間的測(cè)量值采用線(xiàn)性插值的方法得出相應(yīng)分?jǐn)?shù)，該分?jǐn)?shù)采用四舍五入的方法保留到小數(shù)點(diǎn)后兩位。

4 試驗(yàn)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證該評(píng)價(jià)方法的可行性，下面對(duì)4款車(chē)型進(jìn)行測(cè)試。如表1所示，為4款車(chē)型的基本信息。

由表1可知，4款車(chē)型按車(chē)型級(jí)別來(lái)劃分，有2款車(chē)型為A級(jí)轎車(chē)，2款車(chē)型為A0級(jí)轎車(chē)。另外，4款車(chē)型均配置有雙側(cè)安全氣囊。

4.1 高速試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果

對(duì)4款車(chē)型進(jìn)行高速碰撞試驗(yàn)后，對(duì)假人采到的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，駕駛員側(cè)假人數(shù)據(jù)和乘員側(cè)假人數(shù)據(jù)結(jié)果如表2和表3所示。

根據(jù)表2和表3中的數(shù)值，將駕駛員側(cè)假人和乘員側(cè)假人的得分進(jìn)行計(jì)算，得到4款車(chē)型在高速碰撞試驗(yàn)中的綜合得分，結(jié)果見(jiàn)表4。表中D代表駕駛員，P代表乘員。

由表4可知，在高速碰撞試驗(yàn)測(cè)試中，得分最高的為車(chē)型4，該車(chē)型為一款A(yù)0級(jí)轎車(chē)。另外，通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果也可以發(fā)現(xiàn)，2款A(yù)0級(jí)轎車(chē)的測(cè)試結(jié)果均比2款A(yù)級(jí)轎車(chē)的測(cè)試結(jié)果要好。證明了車(chē)輛對(duì)車(chē)內(nèi)乘員保護(hù)性能的好壞與車(chē)輛的大小無(wú)關(guān)。

4.2 低速試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果

圖6為車(chē)型1和車(chē)型2試驗(yàn)后的乘員側(cè)照片。車(chē)型1在試驗(yàn)后假人坐姿微向前傾，但是主副駕安全氣囊并沒(méi)有觸發(fā)。車(chē)型2在試驗(yàn)后，假人坐姿保持良好，但是主副駕安全氣囊已經(jīng)完全展開(kāi)。考慮到試驗(yàn)速度為15km/h的低速碰撞，車(chē)輛在發(fā)生碰撞過(guò)程中所產(chǎn)生的加速度并不能對(duì)乘員產(chǎn)生傷害，反而會(huì)由于氣囊的觸發(fā)可能會(huì)使乘員面部受傷。另外，由于氣囊的觸發(fā)使得車(chē)輛在后期的維修成本會(huì)增加。因此，在低速試驗(yàn)中有必要對(duì)安全氣囊一類(lèi)的被動(dòng)安全裝置進(jìn)行評(píng)價(jià)。

圖7為4款車(chē)型試驗(yàn)后引擎蓋損壞情況。由圖可知，車(chē)型1的引擎蓋變形量最大，在劃分的4個(gè)評(píng)價(jià)區(qū)域中，有3個(gè)區(qū)域內(nèi)的結(jié)構(gòu)已經(jīng)產(chǎn)生了變形；車(chē)型2只在左下角區(qū)域內(nèi)有變形；車(chē)型3的引擎蓋無(wú)變形；車(chē)型4的引擎蓋在左下角和右下角有變形。

低速碰撞試驗(yàn)后，對(duì)4款車(chē)型的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表5所示。

根據(jù)4款車(chē)型低速碰撞試驗(yàn)的測(cè)試結(jié)果，統(tǒng)計(jì)低速碰撞試驗(yàn)的得分，結(jié)果見(jiàn)表6。

由表6可知，在低速碰撞試驗(yàn)測(cè)試中，得分最高的為車(chē)型1，其次為車(chē)型2 ，兩款車(chē)型均為A級(jí)轎車(chē)。在低速碰撞試驗(yàn)的3項(xiàng)考核指標(biāo)中，有關(guān)零件損壞率的考核4款車(chē)型的得分率都較低。綜合比較4款車(chē)型，在低速碰撞試驗(yàn)中，A級(jí)車(chē)的測(cè)試結(jié)果比A0級(jí)車(chē)的測(cè)試結(jié)果要好。

4.3 評(píng)價(jià)結(jié)果

將4款車(chē)型的高速碰撞試驗(yàn)和低速碰撞試驗(yàn)的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得出車(chē)輛正面碰撞安全評(píng)價(jià)的測(cè)試結(jié)果，結(jié)果如表7所示。

根據(jù)測(cè)試結(jié)果，4款車(chē)型中得分最高的為車(chē)型1，其次為車(chē)型2，然后為車(chē)型4，最后為車(chē)型3。按照車(chē)型來(lái)分，得分較高的兩款車(chē)型均為A級(jí)轎車(chē)，得分較差的為兩款A(yù)0級(jí)轎車(chē)。雖然車(chē)型較大的車(chē)輛，其測(cè)試結(jié)果要好一些，但是通過(guò)比較最好車(chē)型和最差車(chē)型的得分，其相差只有1.48分。另外，排名中間的兩個(gè)車(chē)型，其得分僅差0.2分。

將4款車(chē)型高、低速試驗(yàn)的測(cè)試結(jié)果按照單項(xiàng)試驗(yàn)的得分率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖8所示。

由圖可知，4款車(chē)型的高速試驗(yàn)，其得分率均在80%以上，其中有3款車(chē)型的得分率在90%以上，該項(xiàng)試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果的得分率均較高。相比而言，低速試驗(yàn)的得分率均在80%以下，且最高得分率僅為70%，剩余得分率均在60%以下，該項(xiàng)試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果的得分率均較低。

產(chǎn)生這樣的一個(gè)測(cè)試結(jié)果，分析原因，可能與國(guó)內(nèi)目前在汽車(chē)被動(dòng)安全領(lǐng)域的測(cè)試中，有關(guān)車(chē)輛安全性能的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)價(jià)方法均為高速的碰撞試驗(yàn)，其中并沒(méi)有引入低速的碰撞試驗(yàn)。因此，測(cè)試車(chē)型在高速碰撞試驗(yàn)中，其得分率均較高，而低速碰撞試驗(yàn)的得分率較低。這也證明了，本文提出的有關(guān)汽車(chē)正面碰撞安全評(píng)價(jià)方法中，引入低速碰撞試驗(yàn)的合理性和重要性。

5 結(jié)論

通過(guò)本文的研究，為汽車(chē)在正面碰撞中，其被動(dòng)安全性能的測(cè)試提供了一套新的測(cè)試和評(píng)價(jià)方法，該測(cè)試和評(píng)價(jià)方法具有以下3個(gè)特點(diǎn)：

（1）區(qū)別與國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)的汽車(chē)被動(dòng)安全測(cè)試和評(píng)價(jià)方法，在測(cè)試和評(píng)價(jià)中引入了低速碰撞試驗(yàn)；

（2）針對(duì)低速碰撞試驗(yàn)的特點(diǎn)，引入了相應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)和測(cè)試方法；

（3）測(cè)試結(jié)果既可以反映車(chē)輛對(duì)車(chē)內(nèi)乘員的保護(hù)性，也可以反映車(chē)輛自身的抗損性。

依據(jù)該評(píng)價(jià)方法，對(duì)4款車(chē)型進(jìn)行實(shí)車(chē)驗(yàn)證后，得出以下結(jié)論：

（1）對(duì)于高速碰撞，主要考核的是車(chē)輛對(duì)車(chē)內(nèi)乘員的防護(hù)性。相比而言大型車(chē)的吸能空間較大，但是在發(fā)生碰撞時(shí)，其產(chǎn)生的能量也大。因此，車(chē)輛尺寸的大小并不能決定其安全性能的好壞，即小車(chē)不一定不安全；

（2）對(duì)于低速碰撞，主要考核的是車(chē)輛自身的抗損性，相比而言車(chē)輛尺寸越小，其前端的零部件布置空間更小。發(fā)生碰撞后，由于其吸能空間小，除了對(duì)保險(xiǎn)杠會(huì)產(chǎn)生直接的破壞，也會(huì)對(duì)其他零部件產(chǎn)生損壞。因此，小型車(chē)在低速碰撞中處于劣勢(shì)；

（3）低速試驗(yàn)相比高速試驗(yàn)，其得分率普遍較低，即車(chē)輛的低速碰撞性能普遍較差，使得車(chē)輛在發(fā)生低速碰撞后，其維修成本較高。

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