一款車(chē)的乘員碰撞保護(hù)性能如何，是通過(guò)整車(chē)的碰撞試驗(yàn)來(lái)測(cè)試和評(píng)價(jià)的，不同法規(guī)的測(cè)試方法和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)大同小異。除強(qiáng)制性法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)以外，還有民間或官方的新車(chē)評(píng)價(jià)測(cè)試，即NCAP，其評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)比強(qiáng)制性法規(guī)要高一些，但方法基本相同。

需要測(cè)試的工況包括正面碰撞保護(hù)、側(cè)面碰撞保護(hù)等多個(gè)工況，在50至64千米每小時(shí)范圍里，設(shè)置某個(gè)速度作為試驗(yàn)的碰撞初始速度。確定評(píng)價(jià)試驗(yàn)的速度，要考慮道路交通事故和傷害情況的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、損失和傷害成本、汽車(chē)安全技術(shù)水平、汽車(chē)設(shè)計(jì)和制造成本等多方面的因素。

正面或側(cè)面碰撞試驗(yàn)的碰撞歷程一般不超過(guò)十分之二秒（200毫秒），主要的乘員傷害一般也是在這段時(shí)間里造成的。碰撞試驗(yàn)視頻是用高速攝像機(jī)拍攝的，我們通?？吹降氖沁@200毫秒時(shí)間歷程的慢鏡頭播放，但如果用常規(guī)速度拍攝和播放，如同在試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)看到的一樣，場(chǎng)景就比較“震撼”了。

整車(chē)碰撞試驗(yàn)場(chǎng)地
將試驗(yàn)車(chē)或移動(dòng)壁障加速到指定的速度，汽車(chē)碰撞試驗(yàn)室需要有很長(zhǎng)的加速軌道。如果要加速到50千米每小時(shí)，軌道的長(zhǎng)度最好有70米以上，這個(gè)要求不是因?yàn)闋恳姍C(jī)的能力不夠，而是不允許加速太快，如果太快，車(chē)輛里的碰撞假人就可能偏離預(yù)先設(shè)定的位置或姿態(tài)。所以，測(cè)試速度越高，軌道就得越長(zhǎng)。

“碰撞廣場(chǎng)”是發(fā)生碰撞的地方，即車(chē)輛與壁障發(fā)生接觸碰撞的地方。不同試驗(yàn)要求的碰撞情形不同，要么是車(chē)輛碰撞靜止的壁障，也可能是移動(dòng)壁障碰撞靜止的車(chē)輛，還可能是兩個(gè)車(chē)都運(yùn)動(dòng)起來(lái)，在碰撞廣場(chǎng)發(fā)生碰撞。碰撞廣場(chǎng)要足夠大，因?yàn)榘l(fā)生碰撞以后，車(chē)輛或者移動(dòng)壁障會(huì)在比較大的范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)，最終靠地面的摩擦力才能停下來(lái)。

整車(chē)碰撞試驗(yàn)室都有一個(gè)非常重的混凝土澆筑體，用于安放各類(lèi)固定壁障，供被測(cè)試車(chē)輛撞上去。碰撞廣場(chǎng)區(qū)域上方有可調(diào)整的燈光系統(tǒng)，給碰撞試驗(yàn)攝像提供照明。一般還有一個(gè)拍攝地坑，位于碰撞位置的下方，有承重玻璃板相隔，布置在地坑里的攝像機(jī)從下方朝上，拍攝汽車(chē)底部發(fā)生的碰撞變形情況。
碰撞試驗(yàn)的歷程需要從多個(gè)角度和位置拍攝，包括被測(cè)試車(chē)的兩側(cè)，正前上方，底部和車(chē)輛內(nèi)部。從外部拍攝的視頻用于觀察分析車(chē)輛各個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)情況和各個(gè)位置的變形情況，從車(chē)內(nèi)拍攝是為了觀察車(chē)內(nèi)假人的運(yùn)動(dòng)情況。

拍攝碰撞試驗(yàn)的高速攝像機(jī)是數(shù)字化彩色攝像機(jī)，每秒鐘可拍攝幾千幅圖片。如果我們截取一個(gè)150毫秒的碰撞試驗(yàn)視頻，包含了300幅等時(shí)間間距的照片，該視頻的采樣頻率就是每秒2000幅。如果我們還希望通過(guò)試驗(yàn)視頻的差分來(lái)獲得車(chē)輛速度或車(chē)輛變形快慢方面的信息，則采樣頻率最好再高一些。設(shè)置什么采樣頻率，取多大的拍攝場(chǎng)景，要受到攝像機(jī)性能的約束，包括其存儲(chǔ)空間，清晰度等性能指標(biāo)。

準(zhǔn)備測(cè)試車(chē)輛及碰撞假人
車(chē)輛和假人的準(zhǔn)備必須在規(guī)定的溫度和濕度下進(jìn)行。但是，碰撞試驗(yàn)室很大，很難對(duì)整個(gè)試驗(yàn)室做到溫度控制，所以，試驗(yàn)室一般會(huì)有一個(gè)小一點(diǎn)的試驗(yàn)準(zhǔn)備間，或者一個(gè)封閉區(qū)域，能夠?qū)嵤┉h(huán)境溫度的控制，在里面進(jìn)行碰撞試驗(yàn)前的各項(xiàng)準(zhǔn)備工作。
首先要對(duì)被測(cè)試的車(chē)輛進(jìn)行準(zhǔn)備，包括測(cè)量車(chē)輛的重量等參數(shù)，排出燃油并向油箱中注入沒(méi)有危險(xiǎn)性的配重液體替代燃油，也需將冷卻液等液體排出，或者配置到試驗(yàn)規(guī)程指定的水平。在車(chē)輛的底部安裝好牽引鏈，試驗(yàn)時(shí)拖動(dòng)裝置將通過(guò)這個(gè)牽引鏈來(lái)拖動(dòng)車(chē)輛。

為了方便在試驗(yàn)視頻中觀察車(chē)輛的運(yùn)動(dòng)和變形情況，需要在車(chē)輛的關(guān)鍵部位貼上各種標(biāo)識(shí)，甚至可以將車(chē)身或者車(chē)身的一部分涂成明亮的顏色。

準(zhǔn)備碰撞試驗(yàn)時(shí)，在車(chē)輛內(nèi)部，凡是與乘員運(yùn)動(dòng)響應(yīng)有關(guān)的可調(diào)節(jié)裝置，都應(yīng)調(diào)整到試驗(yàn)規(guī)程規(guī)定的狀態(tài)，比如座椅的位置和姿態(tài)，方向盤(pán)的姿態(tài)，天窗、車(chē)窗和門(mén)鎖的狀態(tài)等等。試驗(yàn)測(cè)試需要的傳感器要一一安放在車(chē)身上，比如，用于測(cè)量碰撞加速度波形的加速度計(jì)一般是安放在汽車(chē)座椅下方的橫梁上，或者汽車(chē)B柱與門(mén)檻梁的位置上，還需要將傳感器連接到車(chē)載數(shù)據(jù)采集設(shè)備上。在車(chē)內(nèi)安放好碰撞假人和相關(guān)儀器以后，將車(chē)輛配重到該試驗(yàn)要求的重量。

碰撞試驗(yàn)中主要測(cè)量的參數(shù)是碰撞假人的各個(gè)傷害參數(shù)。本課程專(zhuān)門(mén)有介紹碰撞假人的內(nèi)容，包括假人的結(jié)構(gòu)和功能等。按照車(chē)輛碰撞測(cè)試的要求，假人每經(jīng)過(guò)若干次的碰撞試驗(yàn)以后，或者每隔一定的時(shí)間以后，要進(jìn)行標(biāo)定試驗(yàn)，以保證假人在碰撞試驗(yàn)中的響應(yīng)能滿(mǎn)足要求。每次碰撞試驗(yàn)之前，必須將假人在試驗(yàn)環(huán)境的溫度和濕度下靜置幾個(gè)小時(shí)。這是因?yàn)椋偃私Y(jié)構(gòu)有很多橡膠類(lèi)的非金屬材料，其力學(xué)行為對(duì)環(huán)境溫度比較敏感，而且，在每次經(jīng)歷碰撞之后，這些非金屬材料需要一定的時(shí)間才能恢復(fù)到其初始狀態(tài)。

和被測(cè)試車(chē)輛一樣，試驗(yàn)前需要在假人的關(guān)鍵部位貼上便于錄像識(shí)別的標(biāo)識(shí)。將假人安放在車(chē)輛的座椅上，是試驗(yàn)準(zhǔn)備中最難把握的一個(gè)環(huán)節(jié)。假人的初始姿態(tài)對(duì)碰撞過(guò)程中假人的運(yùn)動(dòng)和傷害參數(shù)的影響很大，而不同車(chē)型的座椅及車(chē)內(nèi)環(huán)境又很不相同，將比較重的假人正確安放在相對(duì)狹小的車(chē)內(nèi)空間，不是一件容易的事。

假人在座椅上的位置和坐姿通過(guò)所謂的“H點(diǎn)”來(lái)衡量和確定。調(diào)整好座椅的位置和姿態(tài)以后，先用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的定位儀確定該座椅的“H點(diǎn)”，安放好假人以后，調(diào)整假人的位置和姿態(tài)，使假人髖部的“H點(diǎn)”與座椅的“H點(diǎn)”重合。此外，還要按規(guī)程調(diào)整好假人的頭部、頸部、上肢和下肢的位置及姿態(tài)。最后，按規(guī)定調(diào)節(jié)座椅安全帶滑環(huán)的位置，給假人系好安全帶，并安裝好安全帶力傳感器。將假人的各傳感器與車(chē)載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接好。當(dāng)然，也有一些新型假人是使用內(nèi)置的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，就沒(méi)有連線(xiàn)的步驟了。最后要測(cè)量并檢查假人的定位與試驗(yàn)規(guī)程是否相符。

對(duì)于剛性壁障碰撞試驗(yàn)，要求在剛性墻上安裝兩厘米左右厚的層合板作為緩沖。對(duì)于可變形壁障碰撞試驗(yàn)，要在剛性墻上安裝標(biāo)準(zhǔn)的蜂窩鋁可變形壁障，其安裝位置要保證車(chē)輛與壁障的接觸區(qū)域滿(mǎn)足試驗(yàn)的要求?？勺冃伪谡系膸缀纬叽?、材料及其碰撞響應(yīng)特性由相關(guān)的法規(guī)要求給定，它的變形和破壞所提供的力學(xué)特性，代表了車(chē)輛前端的平均碰撞響應(yīng)特性，用這樣一個(gè)碰撞方式來(lái)模擬被測(cè)試車(chē)輛與另外一輛車(chē)的碰撞。

有的試驗(yàn)會(huì)在剛性墻上安裝一個(gè)測(cè)力墻。測(cè)力墻是由很多三向力傳感器組成的一個(gè)列陣，可測(cè)量碰撞過(guò)程中碰撞力的分布。測(cè)試車(chē)輛要么直接撞到這個(gè)力墻上，要么在力墻上再安裝一個(gè)可變形壁障，作為車(chē)輛最先碰撞到的物體。

整車(chē)碰撞試驗(yàn)開(kāi)始前，要對(duì)儀器設(shè)備進(jìn)行最后的檢查、測(cè)試和準(zhǔn)備，包括測(cè)量假人的溫度，將被測(cè)試車(chē)在起點(diǎn)位置安放就位，將小滑車(chē)與牽引鋼絲繩及車(chē)輛連接，車(chē)輛檔位置空擋，松開(kāi)手剎，數(shù)據(jù)采集開(kāi)電，等等。然后啟動(dòng)牽引電機(jī)，將車(chē)輛加速到指定的速度。牽引電機(jī)為反饋式電機(jī)，可以在最后一段行程里調(diào)整牽引速度，使車(chē)輛的最終速度滿(mǎn)足精度要求。

通過(guò)一個(gè)機(jī)械裝置，在碰撞前將車(chē)輛與牽引鋼絲繩脫開(kāi)。車(chē)輛在碰撞前的最后一段行程里，是靠慣性自由行駛。在接觸壁障之前，有一組光電測(cè)速裝置測(cè)出車(chē)輛的實(shí)際碰撞速度。

除了各個(gè)角度和各個(gè)位置的高速攝像以外，還需采集車(chē)身上的碰撞減速度信號(hào)，碰撞減速度的時(shí)間歷程，即所謂的碰撞波形，通過(guò)碰撞波形，可進(jìn)一步得到車(chē)輛的碰撞速度等運(yùn)動(dòng)學(xué)響應(yīng)歷程。

碰撞假人可以有多個(gè)傷害參數(shù)的信號(hào)輸出。主要有：頭部質(zhì)心三向加速度，頸部的力和彎矩，胸部加速度和胸部壓縮量，髖部加速度，大腿碰撞力等。

碰撞試驗(yàn)后，需要測(cè)量車(chē)輛的變形情況和乘員艙內(nèi)部的侵入量，記錄假人的姿態(tài)變化，假人各部位與氣囊和膝部擋板的接觸情況，約束系統(tǒng)情況，進(jìn)行拍照記錄，下載數(shù)據(jù)，拆卸假人，并清理試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)。

整車(chē)碰撞試驗(yàn)的操作過(guò)程復(fù)雜，要測(cè)量的數(shù)據(jù)和用到的儀器設(shè)備比較多，需要多名試驗(yàn)工程師協(xié)同操作，試驗(yàn)成本高。整車(chē)碰撞試驗(yàn)結(jié)果是車(chē)輛安全性能開(kāi)發(fā)的重要參考，也是評(píng)價(jià)車(chē)輛碰撞安全性能的依據(jù)。因此，整車(chē)碰撞試驗(yàn)必須遵照標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)方法和流程進(jìn)行，以保證試驗(yàn)結(jié)果的可靠性和可比性。

文中采用的素材，部分由上汽技術(shù)中心、C-NCAP中心和清華大學(xué)汽車(chē)碰撞試驗(yàn)室等單位提供，部分來(lái)自公開(kāi)渠道，特此致謝！

參考文獻(xiàn)：
周青. 汽車(chē)碰撞安全性評(píng)價(jià)方法. 《汽車(chē)碰撞安全基礎(chǔ)》學(xué)堂在線(xiàn)公開(kāi)課程，第4講，2016.