FMV8S 226《降低抛出危险性》法规解读

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  摘要:FMVSS226目前是FMVSS200系列最新的法规,也是被动安全研究的一个最新领域。为了降低在车辆侧面碰撞和倾翻事故中乘员全部或部分经侧面车窗被抛出而死伤的危险性,美国联邦针对车辆抛出缓冲系统制定了法规。本文对FMVSS226的背景、具体试验方法和试验设备进行了详细阐述,并对FMVSS226在中国的实施提出了展望与思考。
  关键词:倾翻或侧面碰撞事故;抛出缓冲系统;试验方法;试验设备;展望
  中图分类号:U467.3
  文献标识码:A
  文章编号:1005-2550(2016)03-0056-06
  杨斌
  毕业于华中理工大学,武汉理工大学工程硕士研究生,国家汽车质量监督检验中心(襄阳)研究员级高级工程师。主要研究方向为汽车被动安全试验技术,已发表相关学术论文10余篇。
  1.引言
  现实生活中发生的汽车碰撞形式是多种多样的,碰撞时的速度、角度、部位、碰撞时车内的质量分布情况等等都是千差万别的。在汽车安全法规中,只能选择一些有代表性的试验条件进行试验,试验的条件和指标尽量模拟接近实际碰撞形态。目前全球碰撞试验法规涉及的实车试验形式主要是正碰、侧碰、后碰和滚翻试验,其中滚翻事故发生率不高,但造成的乘员死亡比率却是最高的。根据美国高速公路管理局2005年的统计数据,虽然滚翻事故发生率仅为2%~3%,但滚翻造成的死亡人数占全部交通死亡事故人数的20%左右。倾翻事故中的不同程度破坏车辆示例见图1:
  美国研究部门对所有碰撞类型中各类乘员抛出路径下的乘员伤害和死亡交通数据统计。
  表1摘录自NASS和FARS 1997年~2008年全年数据统计。
  在美国的滚翻法规中有实车动态滚翻(FMVSS 208)、实车静态滚翻(FMVSS 301)、车顶静强度(FMVSS216)等。美国相关法规研究部门和专家在充分调研了滚翻事故的碰撞形式、乘员伤害抛出路径,新技术——车辆抛出缓冲试验系统趋于成熟,制定了新的滚翻台架试验技术法规——FMVSS226降低抛出危险性。该法规的目的是为了降低在车辆侧面碰撞和倾翻事故中,乘员被全部或部分抛出侧面车窗外而死伤的危险性。
  FMVSS226目前是FMVSS200系列种最新的法规,也是被动安全研究的一个新领域。关于车辆“降低抛出危险性”的汽车法规,欧洲目前没有相应标准。
  2.FMVSS226试验标准
  2.1标准适用范围
  该标准适用于轿车、多功能乘用车、总重量(GVWR)不大于4536kg的载货汽车和客车,不包括厢式车、改装车顶车辆和活动顶篷车。
  侧面车窗的抛出缓冲装置应用于车辆前三排座椅的乘员保护。
  2.2标准主要内容
  1)总体要求
  按照标准规定的试验程序,头型冲击器冲击碰撞目标区,每个车窗应达到4个冲击试验位置。主要是考虑到滚翻事故是一个随机事件,需要覆盖整个侧窗。
  当设备推进机构推动冲击器头型进入车辆侧窗的碰撞目标区,冲击头型的最外表面不能超过零位移平面100mm。如下图2所示:
  这一试验主要考核抛出缓冲装置能否有效的将乘员限制在乘员舱内,在车辆侧面碰撞和倾翻时起到乘员保护的作用。
  2)试验速度
  (a)高速试验。该项试验应对快速滚翻工况。对于在倾翻中具有抛出缓冲装置展开的车辆,在倾翻中抛出缓冲装置激活后的1.5s±0.1s,试验速度是20±0.5km/h。对于在倾翻中不具有抛出缓冲装置的车辆,对准规定的目标位置冲击,试验速度是20±0.5km/h。
  (b)低速试验。该项试验应对苛刻的多滚翻工况。对于在倾翻中具有抛出缓冲措施展开的车辆,把侧窗全部打开或全部回缩。在倾翻中抛出缓冲装置激活后的6.0s±0.1s,对准标准规定的目标位置冲击,试验速度是16km±0.5km/h。
  3)试验质量
  冲击头型质量为18kg±0.05kg,试验时被限制在轴线上移动。试验中的冲击头型如图3所示:
  (a)目标位置边界-25mm偏离线的确定。
  侧面透光口(Side daylight opening)是该标准中定义的一个专业术语,通过侧面透光口边缘所有点的水平线垂直车辆纵向垂面,并相切于车窗开口的周边。
  为确定在侧采光口内的偏离线的位置,侧采光口周边的每个点横向投影到车辆纵向垂面上,形成一圈轨迹线。这些投影点以25±2mm的间隔向侧采光口投影点构成的轨迹线的几何中心移动,每个点的移动方向垂直于该点相应投影点的切线,所有点在车辆纵向垂面构成25mm偏离线。
  (b)偏离线最后限值的确定。
  对于前向安装的座椅,如下描述的横向垂直车辆平面用于确定目标位置偏离线的后边。
  i对于少于3排的车辆——横向垂直车辆平面的位置在最后座椅参考点向后1400mm。
  ii对于3排或多于3排的车辆一一横向垂直车辆平面的位置在第3排座椅参考点向后600 mm。
  (c)目标位置的布置。详见图4和下表2:
  5)确定零位移平面
  对于固定玻璃窗应是完好和位置正确,对于移动玻璃窗应是完好和完全关闭。目标冲击点应在上述规定的任何目标位置中心的±2mm的偏差内,抛出冲击器在车辆的内部,向车窗慢慢移动冲击器直到与玻璃窗内部接触,接触压力不能超过20N。头型最外表面最初接触侧窗的平面为零位移平面。
  6)车窗玻璃预破裂程序
  冲击试验前,作为制造商的选择,覆盖目标位置的窗玻璃必须从侧透光口移开,并根据标准的程序完全缩回或预破裂。
  (a)破坏模式网格点的布置。设置侧透光口几何中心,并在车窗玻璃外表面标记水平和垂直的网格点。几何中心点控制在偏差±2 mm以内,网格点相对于侧透光口几何中心布置,网格点间隔为75mm±2mm(见图4)。在车窗玻璃内表面标记水平和垂直的网格点,间隔是75±2mm,这些车窗玻璃内表面网格点相对于外表面网格点的水平偏离量是37.5±2mm。   (b)破损方法
  开始于标准规定的车窗玻璃内表面最前最下标记的网格点。该程序中使用专用破裂工具。该破裂工具顶端直径为5mm±2mm。使用弹簧对破裂工具产生150±25N的压力,是在接触点对弹簧施加压力,方向是垂直于车窗表面切线,准确度在±10°以内。对每个标记点只能施力一次,即使车窗玻璃没有破裂或有洞。
  使用最小厚度18mm,(100±10)mm×(100±10)mm的胶合板,在车窗的反面形成一个作用面,避免当压力施加在这些标记点时车窗产生超过10mm的变形。
  向后使用这个破损工具继续进行这个程序直到到达最后一排。当到达最后一排,移到上一行的最前标记点,继续进行这个程序,直到完成玻璃窗内表面上的每个标记点。
  在到玻璃窗外表面上重复这个过程。
  如果冲击导致玻璃窗碎裂,中断破损程序,并且执行头型冲击试验。
  7)冲击器的定位
  冲击器发射的时刻,抛出头型的x,y和z轴必须在±1°的范围内各自对准车辆的纵向、横向和垂向轴线。如果抛出头型由于确定目标位置需要而按表2的要求进行角度调整,应按旋转增量进行调节。试验后,把抛出冲击器伸到零平面,并确定抛出头型的x,y和z轴在试验前确定的发射方向的±1°的范围内。
  8)试验样车的准备
  车辆试验姿态车辆按如下(a)到(f)的要求的姿态被支撑在支架上。
  (a)车辆处于整备质量。
  (b)所有轮胎气压按照制造商的规定。
  (c)放置车辆在水平面。
  (d)测量驾驶员门槛的门槛角并记录该角度。
  (e)在车身左右前轮毂上标记个点。从水平面确定这两点的垂直高度。
  (f)车辆姿态被支撑在支架上,保证测量的驾驶员门槛角应在上述(d)所记录的角度的±1°的范围内,上述e)描述的两个点的车辆垂直高度也应在(e)确定的车辆垂直高度的±5mm范围内。
  9)试验样车的其它要求
  (a)除了下述(b)或(c)的条件的车门,包括任何向上开的后车门或后背门,全部关闭但不锁止。
  (b)试验过程中,任何相对试验目标相反边的侧门可以打开或移走。
  (c)试验过程中,对于任何试验目标,任何向上开的后车门或后背门可以打开或移走。
  (d)在确定试验目标和试验过程中,方向盘、转向管柱、座椅、车顶安全把手和后视镜可以从车辆上移走,或者能够为头型通过车辆提供通畅路径。
  (f)其它内部车辆部件或结构的可以移走,或调节到允许推进机构的布置和为头型通过车辆提供通畅路径。
  3.FMVSS226试验设备的主要技术指标
  3.1冲击器
  冲击器就是一个刚性全程导向的直线撞击头型。抛出冲击头由联接在轴上的抛出头型构成。抛出冲击头质量为18kg±0.05kg。这根轴平行于头型的Y轴。
  3.2静态挠度
  当981N±5N的力施加在车辆纵向垂面上,通过头型v轴并且在头型后表面的后面5mm以内,冲击目标点不能在X-Z平面内偏离20mm。这个力在每个下面的头型坐标轴 z,-z, X,-x施加一次。静态挠度的测量由抛出冲击器延伸到缓冲措施冲击的理论点外面400mm处,其连接到抛出推力机构上,包括任何支撑结构和固定装置。静态挠度测量示意图6如下所示:
  3.3摩擦特性
  (a)在试验定位准备中,测量冲击头型和任何结合的轴承及轴承座摩擦动态系数。在三个以上的方向重复测量一一冲击头型和任何结合的轴承及轴承座相对于y旋转90°、180°和270°。在每个方向进行5次连续测量。
  fb)从缓冲措施冲击的理论点外面400mm处,以50mm±13mm/秒的速度向后移动200mm到抛出推力机构,测量需要的平均力。测量力的准确度是±5N。测量不包括开始行程的25mm,采样最小频率是100Hz。试验过程中,一个100kg±0.5kg的质量块连接在通过冲击头运动轴的冲击头型质心上,并且在头型后表面的后面5mm以内。
  (c)按(a)的每个冲击方向获得5个平均力,求平均值。取最大的平均力值,除以9.81倍的组合质量,组合质量由抛出冲击头型和上述的质量块构成。摩擦动态系数不能超过0.25。
  3.4目标准确度
  当抛出冲击头型按规定的速度移动,试验装置能够确保抛出冲击目标点通过由直径20mm长100mm的圆柱限定区域。该圆柱长轴的投影正交于目标,并且通过目标中心。圆柱的长轴被通过缓冲措施冲击的理论点的车辆纵向垂面二等分。如下图7所示:
  4.展望与思考
  目前美国和欧洲对滚翻事故制定了一些技术法规,比如美国的FMVSS208中的23。平台实车侧翻试验、FMVSS216(a)轿车车顶抗压强度试验、FMVSS201乘员在车内碰撞时的防护试验,欧洲的ECE R66客车静态滚翻试验、ECE R29商用车驾驶室乘员保护、ECE R21头型冲击车内饰等,我国在乘用车和商用车标准体系有选择的进行了采标或借鉴。
  FMVSS 226是被动安全研究的一个最新领域,该法规针对滚翻事故中车辆的约束系统一一侧气帘制定了新的台架试验法规。
  法规FMVSS 226在美国的车辆认证实施阶段采取分阶段实施方式,具体要求是:
  2013年9月1日一一2014年9月1日,不少于25%的车辆满足新法规要求;
  2014年9月1日一一2015年9月1日,不少于50%的车辆满足新法规要求;
  2015年9月1日——2016年9月1日,不少于75%的车辆满足新法规要求;
  2016年9月1日一一2017年9月1日,不少于100%的车辆满足新法规要求。
  目前世界范围内汽车技术法规趋于协调和统一,FMVSS 226的出台必然对车辆的设计开发提供新的思路。目前车辆的侧气帘应用于侧面碰撞乘员保护。基于50%男性的头部和上躯干部,FMVSS226试验冲击头型的质量确定为18kg。FMVSS226描述的车辆抛出缓冲系统——侧气帘不能仅仅设计成为缓冲垫,而应能承受足够的冲击力以减少乘员部分或全部从侧面车窗中抛出。而且该抛出缓冲装置需要在每个完整车窗内都具有保护作用,这样就需要车辆侧气帘具有更大的容积、更长的膨胀时间,以及相对应的改进的气囊触发系统。
  目前我国被动安全领域的发展已经达到相当的高度,现阶段工作重点是在具体的研究领域如何做得更加深入和细致。我国在汽车滚翻试验中关于约束系统方面的应用研究还没有开展,希望本文对于我国汽车滚翻试验技术研究和法规制定工作有所裨益。
  专家推荐
  黄小枚:
  FMVSS 226是针对车辆抛出缓冲系统制定的试验法规,是目前被动安全研究的一个新领域。该论文对FMVSS 226的背景、具体性能要求、试验方法、试验设备的技术指标进行了详细解读。该论文对我国汽车企业应对汽车侧面碰撞和倾翻事故的产品开发和相关汽车法规的制定提供新思路,对FMVSS 226试验设备的验收及标定具有指导意义。
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