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汽車被動(dòng)安全測(cè)試技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)分析

2021-09-22 19:46:06·  來(lái)源：郝燁 電動(dòng)學(xué)堂  
　
文章來(lái)源：中國(guó)汽車技術(shù)研究中心有限公司0引言隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，汽車作為現(xiàn)代化交通工具越來(lái)越普及，汽車保有量逐年攀升。車輛的增加也促使交通事故增多
文章來(lái)源：中國(guó)汽車技術(shù)研究中心有限公司

0引言
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，汽車作為現(xiàn)代化交通工具越來(lái)越普及，汽車保有量逐年攀升。車輛的增加也促使交通事故增多，因此汽車安全性問題越來(lái)越受到人們的關(guān)注。汽車安全分為主動(dòng)安全(ActiveSafetySystem)與被動(dòng)安全(PassiveSafetySysterns)。

事故發(fā)生后被動(dòng)安全技術(shù)起主要作用，而被動(dòng)安全技術(shù)的發(fā)展離不開被動(dòng)安全測(cè)試技術(shù)。被動(dòng)安全測(cè)試技術(shù)是用來(lái)對(duì)被動(dòng)安全開發(fā)技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)的技術(shù)，能夠驗(yàn)證車輛開發(fā)的被動(dòng)安全技術(shù)有效性。
本文系統(tǒng)的分析了現(xiàn)階段汽車被動(dòng)安全測(cè)試技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，同時(shí)基于發(fā)展現(xiàn)狀分析了未來(lái)被動(dòng)安全測(cè)試技術(shù)的布局重點(diǎn)，對(duì)個(gè)別重點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行了具體的前瞻性研究。
1汽車被動(dòng)安全測(cè)試技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
隨著被動(dòng)安全技術(shù)的快速發(fā)展，圍繞著被動(dòng)安全測(cè)試規(guī)范形成了諸多的被動(dòng)安全測(cè)試技術(shù)?，F(xiàn)階段針對(duì)汽車被動(dòng)安全測(cè)試技術(shù)，主要分為實(shí)車碰撞測(cè)試技術(shù)、滑臺(tái)及零部件測(cè)試技術(shù)。
1.1實(shí)車碰撞測(cè)試技術(shù)
實(shí)車碰撞技術(shù)是根據(jù)實(shí)際的交通事故碰撞類型演變產(chǎn)生，主要包括車對(duì)車碰撞測(cè)試、車與移動(dòng)壁障碰撞測(cè)試、車與固定壁障碰撞測(cè)試。
（1）車對(duì)車碰撞測(cè)試
車對(duì)車碰撞測(cè)試大部分是帶角度和不帶角度的小偏置測(cè)試，碰撞中兩車的重疊率不同，沖擊力的傳遞途徑也不同，吸能零部件的變形也不同，直接影響了碰撞的結(jié)果。相對(duì)于車對(duì)障礙物碰撞試驗(yàn)而言，在車對(duì)車碰撞中，碰撞能量的吸收與分散情況比車對(duì)材質(zhì)均勻的障礙物碰撞更加復(fù)雜，對(duì)硬度不均勻的車輛結(jié)構(gòu)和零件碰撞吸能提出了更苛刻的要求。因此車對(duì)車碰撞測(cè)試更加嚴(yán)格，更能體現(xiàn)出車輛真實(shí)的安全性水平，如圖1所示。

（2）車與移動(dòng)壁障碰撞的測(cè)試
車與移動(dòng)壁障碰撞的測(cè)試是現(xiàn)在許多測(cè)試技術(shù)發(fā)展得重點(diǎn)方向，如圖2所示。

移動(dòng)壁障種類主要包括側(cè)碰移動(dòng)壁障、后碰移動(dòng)壁障、正面碰撞移動(dòng)壁障。側(cè)碰移動(dòng)避障碰撞測(cè)試，主要是運(yùn)用可變形的移動(dòng)壁障撞擊車輛的側(cè)面，考察碰撞后車輛側(cè)面結(jié)構(gòu)及約束系統(tǒng)是否能夠有效保護(hù)乘員；后碰移動(dòng)壁障測(cè)試主要是考察車輛碰撞后油箱是否漏油、車輛前機(jī)艙蓄電池是否移動(dòng)，該項(xiàng)測(cè)試對(duì)乘員考核內(nèi)容較少；正面移動(dòng)壁障碰撞測(cè)試發(fā)展出MPDB測(cè)試方式，MPDB工況與車輛實(shí)際發(fā)生事故時(shí)的場(chǎng)景更相似，更具備對(duì)車輛乘員保護(hù)的指導(dǎo)意義，運(yùn)用實(shí)車撞擊相同速度運(yùn)行的可變形移動(dòng)壁障，此種方式不僅考慮車輛自身的安全還考慮對(duì)方車輛乘員的安全性。
（3）車與固定壁障碰撞的測(cè)試
車與固定壁障碰撞測(cè)試包括種類繁多，主要有車與正面剛性墻碰撞測(cè)試，車與30度角傾斜壁障碰撞測(cè)試，車與40%偏置蜂窩鋁碰撞測(cè)試，車輛與正面圓柱碰撞測(cè)試，車輛與鉆入壁障碰撞測(cè)試，測(cè)試場(chǎng)景如圖3所示。這些碰撞類型的核心為測(cè)試車輛對(duì)車內(nèi)乘員的保護(hù)。其中現(xiàn)階段比較重要的項(xiàng)目是ODB偏置碰撞試驗(yàn)，該項(xiàng)試驗(yàn)也是中國(guó)新車評(píng)價(jià)規(guī)程（C-
NCAP）中的重要測(cè)試內(nèi)容。

1.2滑臺(tái)及零部件測(cè)試技術(shù)
由于實(shí)車試驗(yàn)最大的弊端就是試驗(yàn)周期長(zhǎng)、費(fèi)用高、風(fēng)險(xiǎn)大，所以滑臺(tái)及零部件測(cè)試技術(shù)的發(fā)展有效的彌補(bǔ)了實(shí)車碰撞試驗(yàn)的這一缺陷，成為約束系統(tǒng)及汽車配件開發(fā)的不可缺少的手段，對(duì)于降低整車企業(yè)成本，提高車輛安全技術(shù)有著重要的意義。
現(xiàn)階段滑臺(tái)試驗(yàn)測(cè)試主要包括約束系統(tǒng)匹配測(cè)試和假人鞭打安全測(cè)試。約束系統(tǒng)匹配測(cè)試指的是安全帶、安全氣囊、座椅等安全設(shè)備在發(fā)生碰撞后，通過行車電腦ECU的控制，互相配合，檢測(cè)能否有效減輕乘員的傷害。假人鞭打測(cè)試是測(cè)試座椅安全性的一種重要測(cè)試方式，主要應(yīng)對(duì)的是追尾測(cè)試場(chǎng)景。在鞭打測(cè)試中并沒有使用整車碰撞，而是采用該測(cè)試車的座椅結(jié)構(gòu)，并安裝于滑槽上，測(cè)試假人按照標(biāo)準(zhǔn)位置坐在座椅上，通過已知的追尾加速度-時(shí)間數(shù)據(jù)結(jié)合測(cè)試臺(tái)模擬，最后獲取頸部傳感器的數(shù)據(jù)，進(jìn)行鞭打危險(xiǎn)性判定。
零部件測(cè)試技術(shù)與滑臺(tái)測(cè)試技術(shù)用到的設(shè)備相似，但測(cè)試更多的是集中在非約束系統(tǒng)，主要包括轉(zhuǎn)向沖擊測(cè)試技術(shù)、儀表板沖擊測(cè)試技術(shù)、座椅固定點(diǎn)沖擊測(cè)試技術(shù)、頭枕靠背角沖擊測(cè)試技術(shù)、行李箱沖擊測(cè)試技術(shù)、安全玻璃測(cè)試技術(shù)、門鎖和門鉸鏈強(qiáng)度測(cè)試技術(shù)。
2汽車被動(dòng)安全先進(jìn)測(cè)試評(píng)價(jià)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)
未來(lái)汽車測(cè)評(píng)技術(shù)將會(huì)更加完善，全面覆蓋汽車主被動(dòng)安全性能測(cè)試能力，形成覆蓋“碰撞前預(yù)警-碰撞中防護(hù)-碰撞后救援”全技術(shù)鏈的軟硬件測(cè)試能力，打造車內(nèi)乘員和車外乘員一體化安全防護(hù)測(cè)評(píng)體系。建立碰撞相容性測(cè)評(píng)體系、主被動(dòng)安全融合技術(shù)研究，建立面向企業(yè)車型性能開發(fā)的數(shù)據(jù)挖掘與應(yīng)用能力。具體的未來(lái)測(cè)評(píng)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)主要有以下幾方面：
（1）針對(duì)主被動(dòng)安全技術(shù)發(fā)展，進(jìn)行主被動(dòng)安全融合測(cè)試技術(shù)研究。依據(jù)主動(dòng)系統(tǒng)介入交通事故中的乘員傷害，開發(fā)整體式安全測(cè)試場(chǎng)景。構(gòu)建面向多產(chǎn)品、多工況、多體位乘員碰撞傷害評(píng)測(cè)矩陣，形成完整測(cè)評(píng)能力。開展主被動(dòng)安全碰撞測(cè)試自主認(rèn)證和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的制定，引導(dǎo)主被動(dòng)安全產(chǎn)品的研發(fā)和制造，推動(dòng)主被動(dòng)安全結(jié)合技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。
（2）汽車車身及自適應(yīng)約束系統(tǒng)安全性能測(cè)試能力。汽車行人保護(hù)、乘用車、商用車車身及駕駛室安全測(cè)評(píng)能力，深入研究主動(dòng)彈起式發(fā)動(dòng)機(jī)罩性能機(jī)理與測(cè)評(píng)方法，開展適合中國(guó)工況的汽車對(duì)車外人員的碰撞保護(hù)測(cè)評(píng)方法研究。
（3）使用虛擬測(cè)評(píng)技術(shù)，隨著有限元技術(shù)的快速發(fā)展，在CAE技術(shù)得到人們認(rèn)可的同時(shí)也降低了測(cè)試成本。被動(dòng)安全越來(lái)越多的碰撞測(cè)試場(chǎng)景可以用CAE技術(shù)復(fù)現(xiàn)，準(zhǔn)確程度也達(dá)到了比較高的水平，未來(lái)虛擬測(cè)評(píng)也是測(cè)試技術(shù)發(fā)展的前沿方向。
（4）新能源汽車被動(dòng)安全測(cè)試技術(shù)的研究，特別是針對(duì)新能源汽車的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和社會(huì)關(guān)注的痛點(diǎn)問題，如電池包受異物沖擊后引發(fā)的安全問題，氫燃料電池電動(dòng)車碰撞測(cè)試技術(shù)研究，通過對(duì)測(cè)試設(shè)備、方法和流程的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)對(duì)新能源汽車的碰撞安全測(cè)試和評(píng)價(jià)。
（5）開展碰撞相容性在中國(guó)的特征化技術(shù)研究；進(jìn)行代表平均車型剛度的中國(guó)蜂窩鋁開發(fā)；制定符合我國(guó)實(shí)際工況的車輛碰撞相容性能評(píng)價(jià)體系。
3汽車被動(dòng)安全先進(jìn)測(cè)試評(píng)價(jià)技術(shù)前瞻性研究
3.1碰撞相容性測(cè)試評(píng)價(jià)研究
我國(guó)現(xiàn)在施行的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范主要是評(píng)價(jià)車輛自身的保護(hù)性能，并沒有對(duì)對(duì)方車輛的攻擊性進(jìn)行評(píng)判，設(shè)計(jì)的產(chǎn)品考慮并不全面。另一方面現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)碰撞相容性可移動(dòng)變形壁障也是依據(jù)歐美車輛參數(shù)制定設(shè)計(jì)的，與中國(guó)車輛的實(shí)際工況并不相符，所以需要設(shè)計(jì)出符合中國(guó)國(guó)情的可移動(dòng)變形壁障，并將移動(dòng)壁障運(yùn)用到實(shí)際的試驗(yàn)測(cè)試中。
國(guó)外的MPDB（正面可變形移動(dòng)壁障測(cè)試）測(cè)試工況不能全面的覆蓋車輛碰撞相容性測(cè)試場(chǎng)景，因此需要研究更加全面的碰撞相容性工況。MPDB與FWDB（正面全寬可變形的壁障測(cè)試）兩種測(cè)試方式相結(jié)合可以替代法規(guī)中的全寬正碰和40%偏置碰撞試驗(yàn)，有效分析出車輛本身的吸能狀態(tài)及各部分的受力情況，從而反推出車輛對(duì)于其他車輛的攻擊性，更加全面的分析車輛碰撞相容性，如圖4所示。

3.2虛擬仿真測(cè)試評(píng)價(jià)方法研究
隨著計(jì)算機(jī)計(jì)算能力的提升，以及有限元假人工具、有限元求解器可靠性的提升，有限元仿真會(huì)逐步應(yīng)用到車輛的測(cè)試評(píng)價(jià)中，形成虛擬測(cè)評(píng)技術(shù)。虛擬測(cè)試評(píng)價(jià)相對(duì)物理試驗(yàn)測(cè)評(píng)，具有時(shí)間短，節(jié)約成本的特點(diǎn)。同時(shí)運(yùn)用有肌肉響應(yīng)的假人來(lái)輔助物理試驗(yàn)進(jìn)行測(cè)試評(píng)價(jià)，測(cè)試場(chǎng)景更加智能逼真化，如圖5所示。
未來(lái)虛擬測(cè)評(píng)主要從多樣化乘員體征、乘員坐姿及帶肌肉響應(yīng)的乘員碰撞損傷方面發(fā)展研究。多樣化乘員體征與乘員坐姿虛擬測(cè)評(píng)是指通過構(gòu)建多樣化乘員體征有限元模型，將模型運(yùn)用到虛擬場(chǎng)景的測(cè)試中，基于有限元方式進(jìn)行測(cè)試評(píng)價(jià)。由于實(shí)體假人本身生物逼真度的局限不能反映肌肉響應(yīng)，而虛擬測(cè)評(píng)技術(shù)引入了假人肌肉響應(yīng)，可以更加有效的對(duì)乘員的碰撞損傷進(jìn)行評(píng)價(jià)。

3.3新能源汽車被動(dòng)安全測(cè)試評(píng)價(jià)研究
近幾年，新能源汽車銷量逐年上漲，與傳統(tǒng)汽車相比，其對(duì)于安全性能的要求更加嚴(yán)格。一般的新能源汽車包括高壓電系統(tǒng)或儲(chǔ)氫系統(tǒng)兼高壓電系統(tǒng)，和傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)汽車相比動(dòng)力上有很大區(qū)別，其安全問題也與內(nèi)燃機(jī)汽車大不相同。研究新能源汽車被動(dòng)安全測(cè)試評(píng)價(jià)技術(shù)已逐步成為重點(diǎn)，未來(lái)主要關(guān)注新能源汽車托底測(cè)試、燃料電池碰撞氫泄露測(cè)試等。
新能源汽車拖底工況測(cè)試是指汽車底盤在行駛中碰到地面或者地面突出物可能發(fā)生托底的情況，對(duì)于新能源汽車來(lái)說托底工況易造成電池?fù)p傷，嚴(yán)重時(shí)會(huì)起火爆炸，對(duì)人體造成危害，所以需要建立標(biāo)準(zhǔn)工況對(duì)新能源汽車進(jìn)行安全測(cè)試。
氫燃料電池汽車主要以氫氣為燃料，氫氣與生俱來(lái)的易燃易爆特性決定了氫燃料電池汽車在碰撞安全性方面比傳統(tǒng)汽車有更高要求。氫燃料電池汽車碰撞試驗(yàn)既包含了傳統(tǒng)燃油汽車和電動(dòng)汽車的試驗(yàn)考察內(nèi)容，即乘員保護(hù)和電安全，又具有燃料電池汽車特有的考察內(nèi)容，即氫燃料電池系統(tǒng)碰撞后的完整性，燃料車碰撞場(chǎng)景如圖6所示。

4結(jié)束語(yǔ)
本文通過對(duì)汽車被動(dòng)安全技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀及趨勢(shì)進(jìn)行分析，主要得出以下結(jié)論：
（1）通過對(duì)汽車被動(dòng)安全測(cè)試技術(shù)現(xiàn)狀及未來(lái)測(cè)試評(píng)價(jià)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)的分析，未來(lái)測(cè)試評(píng)價(jià)技術(shù)的布局重點(diǎn)主要包括主被動(dòng)安全一體化、汽車自適應(yīng)約束系統(tǒng)、碰撞相容性、新能源汽車及虛擬測(cè)評(píng)技術(shù)等。
（2）結(jié)合未來(lái)測(cè)試技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，針對(duì)汽車被動(dòng)安全測(cè)試進(jìn)行前瞻性研究：碰撞相容性測(cè)試中的MPDB+FWDB測(cè)試方式能夠更加全面的評(píng)價(jià)車輛的攻擊性與防御性；虛擬仿真測(cè)試評(píng)價(jià)技術(shù)將會(huì)逐漸融合到現(xiàn)有測(cè)評(píng)技術(shù)中，縮短測(cè)試周期，增加人體多樣化測(cè)試場(chǎng)景；新能源汽車的拖底試驗(yàn)與氫氣泄露也將逐漸成為測(cè)試重點(diǎn)。
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