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碰撞测试---汽车生死审判官

2014-10-29 11:43:44

       

       在当今中国,特别是临近节日,猫哥发现每天都是铺天盖地的车祸新闻。据统计,2010年和2011年,交通事故造成死亡人数分别是65225和62387人死亡,已经连续十余年居世界第一,相当于每天因车祸死亡的人数为178人,是十年前的两倍多,是世界上交通事故死亡人数最多的国家。至于每年因事故损坏的汽车,单单中国,就以百万辆来计算。所以对于汽车碰撞的安全测试是重中之重的一件事,如果说NCAP碰撞测试,是汽车的人间审判官。那么,IIHS25%偏置碰撞测试,可以称之为汽车的地狱审判官。


    那么,究竟什么是NCAP,什么又是IIHS呢?


    NCAP是英文New Car Assessment Program的缩写,即新车碰撞测试,NCAP是一套完善的车辆安全评价体系,可以对车辆的安全性能进行定量分析。美国早在1979年便有这方面的研究,欧洲在1996年开始应用NCAP评价程序,日本在1995年也全面开始实施,而中国则是最晚,在2006年才开始有此测试。




  众所周知,Euro NCAP的名气在全球是最大的,像日本、中国和澳大利亚等地制定碰撞标准时很大程度上都参考了欧洲测试项目。现在,几乎所有发达国家都已经采用NCAP评价程序,尽管各国的评价方法不尽相同,各有特点,但事实证明NCAP对于车辆的安全性能起到了非常大的推进作用。一方面,厂家会根据评测结果对自己的车辆进行积极必要的改进;另一方面,消费者也有了非常客观准确的选车依据,两方面促进,优胜劣汰,从而令车辆的安全性能不断提高。


测试大致可以归纳为以下几种:


1、100%重叠率的正面固定壁障碰撞测试【欧洲不再使用】




2、40%正面偏置重叠率可变形壁障的碰撞测试




3、可变移动壁障侧面碰撞测试




4、柱形碰撞测试




5、鞭打测试



鞭打试验:是检测车辆在追尾事故中,座椅以及头枕对成员的保护的一种试验


       根据试验数据计算各项试验得分,由总分多少确定星级,每个国家附加的测试和标准各不相同且计算方式有所差异。以下是各国NCAP的一些测试差异与标准


  


       从表中不难看出,各国测试标准不一,值得注意的是,从09年开始,侧面柱碰撞(Pole side impact)已经成为EURO-NCAP的一项强制性测试,因为研究发现,欧洲有1/4的严重致命伤害发生在侧面碰撞,其中有许多这样的伤害是在车辆移动到另一边或者撞上类似树、电线杆这样的狭窄物体时发生的。在测试时,EURO-NCAP让车辆用B柱部分以29kph的速度撞上侧面放置的直径为254毫米的圆形铁柱,以模拟可能对车内乘客造成的伤害。这项测试虽然速度不快,但对车辆的损坏和对车内人员可能造成的损害更大,因此也比可变形移动壁障侧面碰撞试验科学。


美国的洲际公路是限定时速高且双向无护栏,路边较多电线杆和指示牌

  

       而新规的欧洲NCAP,则是直接将正面100%碰撞给无视了,因为他们觉得,很少有人会傻乎乎地面对面直撞而不会别一下方向盘。E-NCAP的测试规则最为严苛,而且其评分规则不仅要看四个认证大项(成人保护、儿童保护、行人保护、安全配置)的加权总分,还得看每项得分百分比,确保每位五星级选手不是“偏科生”。


  讲了那么多,老生常谈E-NCAP测试已极为严苛。那么是时候揭开地狱判官的神秘面纱——IIHS25%偏置碰撞测试。


       IIHS--美国公路安全保险协会(Insurance Institute for Highway Safety)是世界安全标准的重要组成部分,它是一个由汽车保险公司资助的非盈利组织,成立于1959年。他们致力降低机动车事故导致的伤亡率和财产损失率,所以,他们立足于生产商和消费者之间,对量产车辆进行碰撞测试和评级,一方面为消费者提供权威的汽车安全信息,另一方面为生产商指明改进的方向。


       作为国际权威的第三方汽车安全评价机构,于2012年引入一项地狱式的碰撞测试——25%重叠偏置碰撞测试,大大增加了碰撞车型拿到最高安全等级评价的难度。此项目引入主要考虑到在实际的碰撞事故中,由于驾驶员会打方向来避免碰撞,25%重叠偏置碰撞也就很好地模拟了这种情况。这项测试令各大汽车厂商闻风丧胆,大家心目中一些豪华安全车也就此走下神坛。


       IIHS25%究竟内藏什么乾坤,我们以下细细道来。


       根据IIHS测试方法,正面25%小重叠碰撞试验是以64km/h的速度碰撞5英尺高的刚性障碍壁、前排驾驶席为用一个假人正常佩戴安全带替代真实受害者来采集。我们知道在实际驾驶中,即使驾驶员进行了安全措施,但依旧很难避免撞上车辆、树木、电线杆等障碍物,从而有可能导致汽车旋转。而重叠面碰撞测试目的就是为了模拟这样的场景设置的,其对车身结构设计、车身材料的刚性程度、乘员舱保护程度、侧气帘侧气囊是否起到相应的保护作用、A柱是否变形、乘员舱上下侵入量是否超标、逃生空间是否足够等方面进行打分。


25%偏置碰撞受力区域



  车舱内部受力点

 

       由于重叠面较小,车辆经受的冲击仅仅依靠单边纵梁承受,在力延纵梁、A柱、门槛梁甚至是防火墙传递的过程中,必须要有更高的强度或更合理的吸能装置才能化解危险。


       碰撞后,IIHS会根据车身结构、假人约束和假人受伤情况三个方面分别进行评价,好坏程度依次通过“good”、“acceptable”、“marginal”和“poor”加以区分,我们大致可以依次理解成小学生作业本上的“优”、“良”、“中”、“差”。为降低理解难度,IIHS会根据各项目评分算出一个综合评价(Overall)。



       以下我们以奔驰C级为例,而它是否能应对第一个对手 E-NCAP的测试呢?



       本次测试的是奔驰C220(柴油版)时尚型,车辆安全装备如下:




1、40%正面偏置可变形壁障碰撞测试:



碰撞后A柱稍微变形,车身损伤度不算大,车舱挤压程度轻微。



车头变形严重,前保险杠脱落,但得益于前排正面安全气囊和预紧式安全带,乘客大腿以上部位保护得当。




小腿由于轮胎等前梁挤压,受到轻微压力。



2、可变移动壁障侧面碰撞测试



汽车左部受到50KM/H的冲撞后,侧气囊已打开,A、B柱无变形。整体表现优秀。




侧面碰撞的冲击力甚至玻璃都没有破碎,只是车门与车身变形,车内乘客受到的冲击力不大。




侧气囊和侧防撞梁保护下,驾驶员安然无恙。


3、侧面柱碰撞:



由于柱碰撞面积小且集中,可以看到B柱、车门有明显变形,车身整体性受损。




B柱和车门变形的挤压对车内驾驶员上半身产生一定程度的冲击。



4、鞭打测试:



前排座椅乘客颈部受到的冲击可以得到缓冲,后排座椅背靠头枕贴合度欠缺,乘客颈部在测试中受到损伤。


5、儿童安全性能测试



在使用安全座椅的情况下,18个月婴儿背向行驶方向得到出色的保护,得到了满分。儿童座椅接口与座椅安装位置由于便利性与易安装拆卸,也得到了满分。


6、行人保护测试


  奔驰对发动机盖进行了优化,行人撞击时发动机盖铰链会隆起产生空间减轻撞击的程度。整体对行人保护周到,只有发动机盖和中网之间的过度位置可能会行人造成较大的伤害。


7、安全辅助系统测试


自动制动系统在不同速度均可响应且执行智能制动,表现良好。得分1.8分。


       总结:奔驰C级凭借着各方面出色的表现,最终得分为5星评分。顺利通过了第一个对手E-NCAP的拷问。

       作为E-NCAP五星神车奔驰C级是否又能通过地狱判官IIHS的25%偏置碰撞测试呢?



图所示:车辆正面25%小重叠碰撞试验是以64km/h的速度碰撞5英尺高的刚性障碍壁。



车身碰撞后A柱严重变形,底大边脱落,前车身受到挤压,车头几乎遭到毁灭性破坏,气囊弹出。



车头损毁严重,车舱受到来自轮胎的挤压,仪表台、方向盘、脚踏板等挤压前排乘客的生存空间。



车舱内部空间由于受到左前轮的挤压,内部空间已所剩无几,仪表台严重变形,脚踝处变形,腿部与膝盖、脚后跟等部位受损严重。



由于正面25%偏置撞击可能造成车辆撞击后旋转,安全带及座椅需要对乘客有足够的前后且左右的支撑固定,撞击后前排乘客明显由于安全带固定不足,整体偏移情况严重,颈部等部位会受到严重损伤。



    

       奔驰C级在IIHS地狱式的正面25%偏置碰撞考验下综合得分勉强得到了合格,车身结构和安全框架受损严重,对于驾驶者的小腿和脚的部分造成了巨大的伤害。

    

    身为E-NCAP的优等生的奔驰C级在IIHS的拷问下差点晚节不保。德系车历年来辛苦耕耘的高安全性似乎也在地狱判官的严格拷问下受到撼动。猫哥不禁深思,究竟怎样的车,才是安全的标杆呢?


  为了找到这个答案,猫哥我呕心沥血整理了一堆IIHS25%历年车型的表现情况,试图从里面找到一些规律…..


(G为优秀,A为良好,M为合格,P为差)


       从这个表我们不难发现,在最新的25%偏置测试项目中,本田、斯巴鲁等日系品牌表现异常突出,颠覆了人们日常对于日系“皮薄”的思维,而德系三驾马车表现令人大跌眼镜。


猫哥得出的结论是:并非豪车就结实 关键在设计!


       奥迪、宝马、奔驰这些豪华品牌在这项测试不如本田等日系车的主要原因在于车身结构的不同。立陶宛理工大学曾经通过FEA有限元分析软件对于采用传统车身结构的车辆在正面碰撞中各个关键部件的受力和吸能情况进行对比分析。



       结果表明,无论是在56km/h 100%正面重叠碰撞试验还是在64km/h 40%正面重叠碰撞试验当中,前纵梁都会承受相对其它车身组件更高的作用力,同时它也是在正面碰撞中吸能最多的车身组件。由此可见前纵梁对于正面碰撞是非常重要的,而前纵梁是靠弯曲变形和压溃变形来吸收碰撞能量的,但是前纵梁的特殊之处在于,它要担负总碰撞能量的60%左右。因此如何高效吸收能量是前纵梁设计的关键所在。



       但是,遇到IIHS的25%偏置碰撞,这种利用前纵梁吸能传统的设计被虐得体无完肤因为IIHS特意避开了现在已经非常完善的传统发动机舱结构,IIHS很清楚前纵梁通过溃变形可以卸载大量的能量,从而保护乘员舱。厂商为了能通过测试在此花费了不少力气,这也是为什么现在几乎所有新车都能在40%正面碰撞测试当中拿到优秀评级,而在1997年E-NCAP成立之初,厂家批评E-NCAP测试和评估太严格,几乎没有一款车能达到优秀这一标准。

    

       在利用车头溃缩吸能无法取得好成绩的测试项目上,本田马上想到了把能量发散的设计,利用把前翼子板支架按前纵梁的理念来设计,将其充分融入到发动机舱吸能分散结构当中。优化A柱和纵梁靠近乘客舱位置的结构,和调整车身不同强度钢材的比例,尽可能将撞击能力分散吸收。

    

       本田在2000年建成第一个室内全方位撞击实验室(一共有8条轨道,可以实现正面、15度、30度、45度、60度、75度与90度撞击角度,规模与设备在全球车企中名列前茅),目的就是为了真实地还原现实生活中的各类碰撞事故,利用这些设施以及大量现实交通生活中的碰撞事故来进行分析,开发出了既可有效保护车内乘员,又可降低对方车辆、自行车以及行人等交通弱势群体伤害性的各种FUNTEC安全技术,在FUNTEC安全技术体系中,ACE兼容性车身结构是其核心技术之一。




  左上角是以前纵梁为重的传统车身结构,右下角是ACE车身结构。

       

       全系新车型中采用的ACE车身结构(AdvancedCompatibility Engineering 高级相容性设计车身)。本田ACE结构的核心在于前部吸能区设计的两个独特的Y字形结构,它可以有效的将正面撞击的能量进行分配,将冲击力更好的吸收到车辆上部和下部的车身结构中,并进一步将力沿着车身结构导开,从而避免损害乘员舱,使人员受重创的可能性。相比之下,传统的车身结构一般将能量通过车身下部后车后传递分散,因此本田ACE车身结构的创新点便在于它是以整个发动机舱的车身结构作为力的导体均匀承载碰撞能量的。所以,2014款思域在IIHS25%偏置测试中几乎取得全胜。


       而最新换代的本田飞度,也得到了明显的改善。


       上图是不同年款的飞度在IIHS碰撞测试中的成绩,可以看到2013年前本田飞度在40%偏置测试,侧面碰撞,车顶强度和鞭打测试已经取得优秀的成绩,可是唯独25%正面偏置碰撞一直处于尴尬的处境。而在2014年,新飞度的改版让其扭转乾坤,和本田其他车型一同进入高安全的榜单中。



我们来看看新飞度究竟在车身上做了什么改变。



新老飞度车身架构和材料构成图


       显而易见,新飞度车身结构的更改,是它翻身做主人的最重要原因,新飞度车架结构的780MPA钢材使用率达到13%,980MPA钢材达到8%,还有2%的1500MPA钢材,相比旧款中590MPA钢材是其当年车身最高强度的了。

  

       此外,合适分配不同强度的钢材也是精妙之处。A柱及纵梁之间使用了780MPA钢材保证强度,而翼子板附近运用了590MPA-440MPA钢材结构,材料强度相对不高,保证一定溃缩能力,保障能在小范围偏置碰撞中吸收一部分撞击能量,整条B柱采用高强度1500MAP固定整体车身,使之不易变形。



新飞度撞击造成A柱明显变形,不过没有断裂和折叠的情况,撞击力通过A柱传至车顶和车身,而B柱高强度则稳定了整体的车身完整性。



车舱内部生存空间充足,仪表台入侵车舱8-10cm,造成腿部的一定挤压,ACE的Y形结构有效卸掉撞击的能量。




仪表台的变形对驾驶员腿部发生了挤压,脚踏板的变形也导致驾驶员后脚跟的受损。



新飞度的安全带约束不足,导致模拟假人在接触气囊时头部发生偏侧,向A柱滑动,气帘此时则提供了足够的保护,但是这个过程很容易造成驾驶者颈部和脊椎的受损,是需要提升的地方。


       地狱判官IIHS这个25%偏置碰撞测试项目一出,让德系车掩面而逃,日系车却卷土重来,究竟是德系车的原地踏步,还是日系车的革新改变了这个局面,而自从各国NCAP制定以来,设置项目都大同小异,为了追求高分数、好成绩,大部分车型都有应试设计的猫腻。猫哥我不仅希望IIHS或NCAP以后的新标准能继续推动厂商的安全设计进步,而厂商也能进一步主动研发更多安全性能的设计,或许再过几年IIHS25%偏置碰撞对于厂家来说也不再是一道“难题“。


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