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汽車被動安全測試技術發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢分析

2021-09-22 19:46:06·  來源：郝燁 電動學堂  
　
文章來源：中國汽車技術研究中心有限公司0引言隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，汽車作為現(xiàn)代化交通工具越來越普及，汽車保有量逐年攀升。車輛的增加也促使交通事故增多
文章來源：中國汽車技術研究中心有限公司

0引言
隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，汽車作為現(xiàn)代化交通工具越來越普及，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越受到人們的關注。汽車安全分為主動安全(ActiveSafetySystem)與被動安全(PassiveSafetySysterns)。

事故發(fā)生后被動安全技術起主要作用，而被動安全技術的發(fā)展離不開被動安全測試技術。被動安全測試技術是用來對被動安全開發(fā)技術進行檢測的技術，能夠驗證車輛開發(fā)的被動安全技術有效性。
本文系統(tǒng)的分析了現(xiàn)階段汽車被動安全測試技術的發(fā)展現(xiàn)狀，同時基于發(fā)展現(xiàn)狀分析了未來被動安全測試技術的布局重點，對個別重點內(nèi)容進行了具體的前瞻性研究。
1汽車被動安全測試技術發(fā)展現(xiàn)狀
隨著被動安全技術的快速發(fā)展，圍繞著被動安全測試規(guī)范形成了諸多的被動安全測試技術?，F(xiàn)階段針對汽車被動安全測試技術，主要分為實車碰撞測試技術、滑臺及零部件測試技術。
1.1實車碰撞測試技術
實車碰撞技術是根據(jù)實際的交通事故碰撞類型演變產(chǎn)生，主要包括車對車碰撞測試、車與移動壁障碰撞測試、車與固定壁障碰撞測試。
（1）車對車碰撞測試
車對車碰撞測試大部分是帶角度和不帶角度的小偏置測試，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果。相對于車對障礙物碰撞試驗而言，在車對車碰撞中，碰撞能量的吸收與分散情況比車對材質(zhì)均勻的障礙物碰撞更加復雜，對硬度不均勻的車輛結構和零件碰撞吸能提出了更苛刻的要求。因此車對車碰撞測試更加嚴格，更能體現(xiàn)出車輛真實的安全性水平，如圖1所示。

（2）車與移動壁障碰撞的測試
車與移動壁障碰撞的測試是現(xiàn)在許多測試技術發(fā)展得重點方向，如圖2所示。

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

1.2滑臺及零部件測試技術
由于實車試驗最大的弊端就是試驗周期長、費用高、風險大，所以滑臺及零部件測試技術的發(fā)展有效的彌補了實車碰撞試驗的這一缺陷，成為約束系統(tǒng)及汽車配件開發(fā)的不可缺少的手段，對于降低整車企業(yè)成本，提高車輛安全技術有著重要的意義。
現(xiàn)階段滑臺試驗測試主要包括約束系統(tǒng)匹配測試和假人鞭打安全測試。約束系統(tǒng)匹配測試指的是安全帶、安全氣囊、座椅等安全設備在發(fā)生碰撞后，通過行車電腦ECU的控制，互相配合，檢測能否有效減輕乘員的傷害。假人鞭打測試是測試座椅安全性的一種重要測試方式，主要應對的是追尾測試場景。在鞭打測試中并沒有使用整車碰撞，而是采用該測試車的座椅結構，并安裝于滑槽上，測試假人按照標準位置坐在座椅上，通過已知的追尾加速度-時間數(shù)據(jù)結合測試臺模擬，最后獲取頸部傳感器的數(shù)據(jù)，進行鞭打危險性判定。
零部件測試技術與滑臺測試技術用到的設備相似，但測試更多的是集中在非約束系統(tǒng)，主要包括轉向沖擊測試技術、儀表板沖擊測試技術、座椅固定點沖擊測試技術、頭枕靠背角沖擊測試技術、行李箱沖擊測試技術、安全玻璃測試技術、門鎖和門鉸鏈強度測試技術。
2汽車被動安全先進測試評價技術發(fā)展趨勢
未來汽車測評技術將會更加完善，全面覆蓋汽車主被動安全性能測試能力，形成覆蓋“碰撞前預警-碰撞中防護-碰撞后救援”全技術鏈的軟硬件測試能力，打造車內(nèi)乘員和車外乘員一體化安全防護測評體系。建立碰撞相容性測評體系、主被動安全融合技術研究，建立面向企業(yè)車型性能開發(fā)的數(shù)據(jù)挖掘與應用能力。具體的未來測評技術發(fā)展趨勢主要有以下幾方面：
（1）針對主被動安全技術發(fā)展，進行主被動安全融合測試技術研究。依據(jù)主動系統(tǒng)介入交通事故中的乘員傷害，開發(fā)整體式安全測試場景。構建面向多產(chǎn)品、多工況、多體位乘員碰撞傷害評測矩陣，形成完整測評能力。開展主被動安全碰撞測試自主認證和國家標準的制定，引導主被動安全產(chǎn)品的研發(fā)和制造，推動主被動安全結合技術的進一步發(fā)展。
（2）汽車車身及自適應約束系統(tǒng)安全性能測試能力。汽車行人保護、乘用車、商用車車身及駕駛室安全測評能力，深入研究主動彈起式發(fā)動機罩性能機理與測評方法，開展適合中國工況的汽車對車外人員的碰撞保護測評方法研究。
（3）使用虛擬測評技術，隨著有限元技術的快速發(fā)展，在CAE技術得到人們認可的同時也降低了測試成本。被動安全越來越多的碰撞測試場景可以用CAE技術復現(xiàn)，準確程度也達到了比較高的水平，未來虛擬測評也是測試技術發(fā)展的前沿方向。
（4）新能源汽車被動安全測試技術的研究，特別是針對新能源汽車的結構特點和社會關注的痛點問題，如電池包受異物沖擊后引發(fā)的安全問題，氫燃料電池電動車碰撞測試技術研究，通過對測試設備、方法和流程的優(yōu)化，實現(xiàn)對新能源汽車的碰撞安全測試和評價。
（5）開展碰撞相容性在中國的特征化技術研究；進行代表平均車型剛度的中國蜂窩鋁開發(fā)；制定符合我國實際工況的車輛碰撞相容性能評價體系。
3汽車被動安全先進測試評價技術前瞻性研究
3.1碰撞相容性測試評價研究
我國現(xiàn)在施行的法規(guī)和標準規(guī)范主要是評價車輛自身的保護性能，并沒有對對方車輛的攻擊性進行評判，設計的產(chǎn)品考慮并不全面。另一方面現(xiàn)階段國內(nèi)碰撞相容性可移動變形壁障也是依據(jù)歐美車輛參數(shù)制定設計的，與中國車輛的實際工況并不相符，所以需要設計出符合中國國情的可移動變形壁障，并將移動壁障運用到實際的試驗測試中。
國外的MPDB（正面可變形移動壁障測試）測試工況不能全面的覆蓋車輛碰撞相容性測試場景，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試）兩種測試方式相結合可以替代法規(guī)中的全寬正碰和40%偏置碰撞試驗，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虛擬仿真測試評價方法研究
隨著計算機計算能力的提升，以及有限元假人工具、有限元求解器可靠性的提升，有限元仿真會逐步應用到車輛的測試評價中，形成虛擬測評技術。虛擬測試評價相對物理試驗測評，具有時間短，節(jié)約成本的特點。同時運用有肌肉響應的假人來輔助物理試驗進行測試評價，測試場景更加智能逼真化，如圖5所示。
未來虛擬測評主要從多樣化乘員體征、乘員坐姿及帶肌肉響應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評是指通過構建多樣化乘員體征有限元模型，將模型運用到虛擬場景的測試中，基于有限元方式進行測試評價。由于實體假人本身生物逼真度的局限不能反映肌肉響應，而虛擬測評技術引入了假人肌肉響應，可以更加有效的對乘員的碰撞損傷進行評價。

3.3新能源汽車被動安全測試評價研究
近幾年，新能源汽車銷量逐年上漲，與傳統(tǒng)汽車相比，其對于安全性能的要求更加嚴格。一般的新能源汽車包括高壓電系統(tǒng)或儲氫系統(tǒng)兼高壓電系統(tǒng)，和傳統(tǒng)的內(nèi)燃機汽車相比動力上有很大區(qū)別，其安全問題也與內(nèi)燃機汽車大不相同。研究新能源汽車被動安全測試評價技術已逐步成為重點，未來主要關注新能源汽車托底測試、燃料電池碰撞氫泄露測試等。
新能源汽車拖底工況測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，對于新能源汽車來說托底工況易造成電池損傷，嚴重時會起火爆炸，對人體造成危害，所以需要建立標準工況對新能源汽車進行安全測試。
氫燃料電池汽車主要以氫氣為燃料，氫氣與生俱來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既包含了傳統(tǒng)燃油汽車和電動汽車的試驗考察內(nèi)容，即乘員保護和電安全，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，燃料車碰撞場景如圖6所示。

4結束語
本文通過對汽車被動安全技術發(fā)展的現(xiàn)狀及趨勢進行分析，主要得出以下結論：
（1）通過對汽車被動安全測試技術現(xiàn)狀及未來測試評價技術的發(fā)展趨勢的分析，未來測試評價技術的布局重點主要包括主被動安全一體化、汽車自適應約束系統(tǒng)、碰撞相容性、新能源汽車及虛擬測評技術等。
（2）結合未來測試技術的發(fā)展趨勢，針對汽車被動安全測試進行前瞻性研究：碰撞相容性測試中的MPDB+FWDB測試方式能夠更加全面的評價車輛的攻擊性與防御性；虛擬仿真測試評價技術將會逐漸融合到現(xiàn)有測評技術中，縮短測試周期，增加人體多樣化測試場景；新能源汽車的拖底試驗與氫氣泄露也將逐漸成為測試重點。
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