白芳華，楊 杭，王若璜

基于《電動客車安全技術(shù)條件》的客車側(cè)碰試驗研究

白芳華，楊 杭，王若璜

（重慶車輛檢測研究院國家客車質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心，重慶 401122）

為了分析《電動客車安全技術(shù)條件》中客車側(cè)面碰撞乘員保護試驗方法的可行性，文章依據(jù)標準進行了客車側(cè)面碰撞試驗。通過分析側(cè)面碰撞假人損傷情況，得到該試驗方法無法復現(xiàn)乘員損傷較嚴重的客車撞客車側(cè)面碰撞工況。通過分析試驗車輛加速度曲線得到加速度傳感器布置點，為客車側(cè)面碰撞中乘員保護試驗方法研究打下了基礎(chǔ)。

客車；側(cè)面碰撞；乘員損傷；檢測方法

前言

近年來，我國特別重大道路交通事故頻發(fā)，駕乘人員傷亡慘重。根據(jù)統(tǒng)計表明客車肇事導致的死亡人數(shù)比例居于首位[1]，而連續(xù)發(fā)生的多起嚴重道路交通事故，已引起人們對客車安全高度關(guān)注，客車自身安全性能也被賦予更高的期待[2]。目前國內(nèi)外現(xiàn)行標準中，GB/T 17578《客車上部結(jié)構(gòu)強度的規(guī)定》[3]標準中客車傾翻試驗只針對乘員生存空間檢測，工信部裝〔2016〕377號文《電動汽車安全技術(shù)條件》[4]只對電動客車進行側(cè)面碰撞時考核電動客車的電防護，沒有考核非電動客車及其乘員側(cè)面碰撞的損傷情況。由于客車實車碰撞試驗成本高，可重復性差的原因，國外對于客車實車碰撞試驗及考核方法仍處于發(fā)展期[5]。側(cè)面碰撞在所有客車碰撞事故中所占的比重雖然只占17%左右，但是側(cè)面碰撞事故中造成的人員傷亡和正面碰撞事故相比有過之而無不及，而且小車與大客車側(cè)面碰撞事故中對小車的傷害更嚴重。對客車而言，客車側(cè)面是車身結(jié)構(gòu)中強度較為薄弱的部位，當受到來自側(cè)面的撞擊時，無法像有足夠空間的前部或后部結(jié)構(gòu)，能夠通過較多的結(jié)構(gòu)變形來吸收碰撞能量，撞擊物與客車乘員僅僅隔著客車骨架、蒙皮和玻璃等有限的結(jié)構(gòu)，所以側(cè)面碰撞時乘員損傷較為嚴重。

《電動汽車安全技術(shù)條件》對客車側(cè)面碰撞方法研究提供了一種思路，因此對這種碰撞情況下乘員損傷及試驗檢測方法進行了研究，考慮該方法的利與弊。

1 客車側(cè)碰碰撞試驗

1.1 電動客車側(cè)碰碰撞試驗方法

《電動汽車安全技術(shù)條件》規(guī)定：對于有可充電儲能系統(tǒng)未安裝在車輛頂部的電動客車應根據(jù)附錄C進行碰撞試驗，車輛在碰撞試驗后應符合GB/T 31498—2015《電動汽車碰撞后安全要求》[5]中的電測量要求。

電動客車的側(cè)面碰撞試驗條件為：移動變形壁障以50 km/h±1 km/h的速度撞擊試驗車輛的最薄弱區(qū)域，移動變形壁障的縱向中垂面軌跡應垂直于被撞車輛的縱向中垂面。如圖1所示。

圖1 電動客車碰撞試驗示意圖

碰撞試驗中用到的移動變形壁障由碰撞塊和移動車組成，其碰撞性能應符合GB 20071—2006[6]附錄C的規(guī)定。碰撞塊由蜂窩鋁塊、兩個前鋁面板和一個后鋁面板組成。移動變形壁障的尺寸和離地高度決定了電動客車的碰撞區(qū)域，為離地300 mm，寬1 500 mm，高500 mm的矩形區(qū)域。

1.2 基于電動客車側(cè)面碰撞試驗方法的試驗準備

為了研究電動客車側(cè)面碰撞試驗方法下，側(cè)碰假人側(cè)面碰撞所受到的損傷，進行了客車側(cè)面碰撞試驗。選取的試驗車型外形尺寸為12 000 mm×2 550 mm×3 150 mm類城市客車，整備質(zhì)量為12 400 kg，承載式車身，前軸前和后軸前各有一扇車門。根據(jù)試驗要求選取了車身最薄弱位置為碰撞區(qū)域，該薄弱位置為車身右側(cè)，車輛最后面的行李艙位置，其行李艙開口較大，且無防撞橫梁。分別在客車碰撞區(qū)域座椅椅腿處、立柱上中下4個位置布置加速度傳感器。并在碰撞區(qū)域位置的座椅上放置ES-II側(cè)碰假人，考慮到碰撞瞬間無約束假人要比有安全帶約束的假人損傷要大，所以該假人未系安全帶。

ES-II男性假人如圖2所示進行擺放：

圖2 試驗前假人狀態(tài)

當腿水平延伸時，調(diào)整腿關(guān)節(jié)，使它們支撐住腿（1～2）。把ES-II男性假人放在撞擊側(cè)靠近窗口的座位上。ES-II男性假人的縱向?qū)ΨQ平面與要求的座位垂直中心平面一致。ES-II男性假人的骨盆放在適當?shù)奈恢?，使得通過模型“H”點的側(cè)面線與座位的縱向中心平面正交，通過假人“H”點的這條線與水平方向成傾斜最大±2°的角。ES-II男性假人上部向前彎曲，且后背緊緊靠在靠背上，假人的肩向后擺放。ES-II男性假人的上臂接觸到靠背。腿處于最大伸展位置，兩腿平行，腳跟接觸地板。放置好膝部，使它們的外表面距假人的對稱平面有（150±10）mm。

碰撞過程后行李艙板發(fā)生變形，客車側(cè)面結(jié)構(gòu)未失效如圖3所示。假人在碰撞過程中由于慣性受到側(cè)圍的撞擊，而后由于假人無安全帶的約束在座椅上發(fā)生滑移，最后假人從座椅上滑落，身體和頭部發(fā)生二次撞擊，如圖4所示。

圖3 試驗后碰撞區(qū)變形情況

圖4 試驗后假人狀態(tài)

2 假人損傷情況分析

按照電動客車側(cè)面碰撞試驗方法進行碰撞試驗后，假人的頭部、肋骨變形、腹部、恥骨損傷情況如表1所示，各部位限值要求參考GB 20071—2006《汽車側(cè)面碰撞的乘員保護》。

表1 假人損傷值

序號檢驗項目標準要求檢驗結(jié)果 1假人頭部HPC值≤1000或沒有發(fā)生頭部接觸4 2上部肋骨變形/mm≤ 421.608 中部肋骨變形/mm3.041 下部肋骨變形/mm2.118 3上部肋骨VC/(m/s)≤1.00.001144 中部肋骨VC/(m/s)0.004551 下部肋骨VC/(m/s)0.001775 4假人腹部力峰植/N≤ 2500187.6 5假人恥骨結(jié)合點力峰植/N≤ 6000541.1

假人頭部損傷情況如圖5所示。根據(jù)假人頭部性能指標HPC值為4，頭部損傷很小，與標準中要求的限值1 000相差甚遠。根據(jù)假人頭部加速度傳感器曲線可以看出，假人在0.613 s至0.2 s之間與客車側(cè)面結(jié)構(gòu)發(fā)生第一次繞軸的碰撞，頭部向和向加速度隨著碰撞的發(fā)生而增大。第一次碰撞結(jié)束后，由于假人無安全帶的約束而在座椅上發(fā)生滑移，在0.275 s時隨著假人從座椅上的滑落在地頭部加速度逐漸增大。落地時，假人頭部斜向著地，和向加速度值較大。

圖5 假人頭部性能指標

ES-II假人胸部裝有上、中和下部三個肋骨位移傳感器，在碰撞過程中，假人上、中、下肋骨變形量分別為：1.608 mm、3.041 mm、2.118 mm，低于限值42 mm，上、中、下肋骨粘性指標為0.001 144 m/s、0.004 551 m/s、0.001 775 m/s，低于限值1.0 m/s。在碰撞過程中假人肋骨未受到嚴重擠壓，這是因為碰撞區(qū)域低于乘客區(qū)，乘客區(qū)未發(fā)生變形未侵入生存空間。

ES-II假人腹部裝有力傳感器，以測試腹部性能指標，GB 20071—2006要求腹部力峰值（APF）應小于或等于2.5 kN。假人腹部力峰值為187.6 N出現(xiàn)在0.075 2 s，低于限值。這是因為客車側(cè)面在假人腹部位置有一個扶手，在碰撞瞬間發(fā)生接觸而產(chǎn)生。腹部力在第一次峰值之后產(chǎn)生震蕩，這是因為假人碰撞后在座椅間滑移和滑落到地面時與座椅靠背或座椅邊緣發(fā)生碰撞接觸造成的。

假人骨盆位置裝有一個力傳感器，來測量其骨盆性能指標，恥骨結(jié)合點力在0.072 4 s時出現(xiàn)峰值（PSPF）541.1 N，小于6 kN的限制。

經(jīng)過分析ES-II假人的損傷情況發(fā)現(xiàn)，假人頭部、胸部、肋骨和腹部均未受到嚴重傷害，各類損傷指標遠遠低于限值，所以看出按照《電動客車安全技術(shù)條件》的試驗條件進行客車側(cè)面碰撞試驗不符合典型客車側(cè)面碰撞事故中的乘員損傷情況，無法真正的復現(xiàn)事故統(tǒng)計中發(fā)生乘員損傷情況較高的貨車撞客車與客車撞客車的側(cè)面碰撞工況。

3 加速度傳感器位置布置確定

客車加速度曲線分別采集了碰撞側(cè)椅腿處、碰撞區(qū)域立柱處和與碰撞區(qū)域同側(cè)向上未變形蒙皮處。座椅3軸加速度傳感器圖6可看出沿碰撞方向最大，脈寬持續(xù)0.065 s，最大為6.546。之后車身發(fā)生傾斜抖動，產(chǎn)生較小的加速度變化趨勢。

圖6 座椅椅腿處加速度

客車碰撞側(cè)碰撞區(qū)域上方立柱安裝3個加速度傳感器，最上方加速度傳感器為頭部碰撞區(qū)域內(nèi)，中間和下部加速度傳感器分別根據(jù)立柱的位置進行布置，其加速度曲線如圖7所示。通過分析可以看出從下至上三個立柱加速度傳感器出現(xiàn)的峰值和峰值時刻比較一致，其中正向峰值分別為6.496、6.469、6.067，峰值從下至上逐漸增小，峰值時間分別為：0.032 6 s、0.02 s、0.019 5 s，峰值出現(xiàn)的時間逐漸減小，峰值脈寬分別為：0.059 1 s、0.068 1 s、0.068 3 s，脈寬逐漸增大。這跟正向峰值出現(xiàn)在移動壁障與車輛側(cè)面結(jié)構(gòu)發(fā)生碰撞時，力從下向上傳遞趨勢一致。負向峰值分別為3.714、3.123、14.8，峰值逐漸增大，峰值時間分別為：0.145 s、0.144 8 s、0.151 8 s，脈寬分別為0.028 4 s、0.024 8 s、0.027 6 s，可見負向峰值上立柱最大，出現(xiàn)時間與假人頭部在0.613 s至0.2 s之間與客車側(cè)面結(jié)構(gòu)發(fā)生第一次繞軸的碰撞時間一致。所以立柱負向加速度的產(chǎn)生為假人頭部碰撞產(chǎn)生，立柱加速度同時受到移動壁障與客車碰撞和假人頭部與客車碰撞的相互作用。

圖7 立柱處加速度傳感器

通過對以上加速度曲線分析可知，碰撞側(cè)立柱同時受到移動壁障與客車第一次碰撞和假人頭部與客車側(cè)面結(jié)構(gòu)發(fā)生第二次碰撞的作用，客車碰撞區(qū)域上方蒙皮受到自身變形和碰撞力傳導的影響均不適合作為加速度傳感器布置點，而碰撞區(qū)域座椅椅腿處未直接參與結(jié)構(gòu)變形，且受到假人與客車側(cè)面第二次碰撞的影響非常小，所以考慮將其作為研究客車側(cè)面碰撞乘客約束系統(tǒng)的加速度傳感器布置點。

4 結(jié)論

本文根據(jù)《電動客車安全技術(shù)條件》標準試驗要求進行了客車側(cè)面碰撞，通過分析試驗側(cè)面碰撞假人損傷情況及采集碰撞過程中傳感器數(shù)據(jù)得到如下結(jié)論：

（1）側(cè)碰假人頭部、胸部、肋骨和腹部均未受到嚴重傷害，各類損傷指標遠遠低于限值，無法較好地復現(xiàn)事故統(tǒng)計中發(fā)生乘員損傷情況較高的貨車撞客車與客車撞客車的側(cè)面碰撞工況。

（2）碰撞側(cè)立柱和碰撞區(qū)域上方蒙皮處均不適合作為加速度傳感器布置點，而碰撞區(qū)域座椅椅腿處未直接參與結(jié)構(gòu)變形可考慮將其作為研究客車側(cè)面碰撞的加速度傳感器布置點。

（3）通過分析乘員損傷機理可知客車側(cè)面碰撞乘員保護試驗評價和檢測方法仍需進一步研究，本文研究對制定相關(guān)標準打下了基礎(chǔ)，具有一定意義。

[1] 公安部交通管理局.中華人民共和國道路交通事故統(tǒng)計年報（2011年度）[R].北京:公安部交通管理科學研究所,2012: 52.

[2] 任保寬,劉如迪,李曉霞,等.國內(nèi)客車安全技術(shù)研究進展[J].華東交通大學學報,2013(1):80-86.

[3] 全國車輛標準化技術(shù)委員會.客車上部結(jié)構(gòu)強度的規(guī)定: GB/T 17578—1998[S].北京:國家發(fā)展和改革委員會,1998.

[4] 中華人民共和國工信部.電動客車安全技術(shù)條件（工信部裝〔2016〕377號）[S].北京:中華人民共和國工信部,2017.

[5] 全國汽車標準化技術(shù)委員會.電動汽車碰撞后安全要求: GB/T 31498—2015[S].北京:中國標準出版社,2015.

[6] 全國汽車標準化技術(shù)委員會.汽車側(cè)面碰撞的乘員保護: GB 20071—2006[S].北京:國家發(fā)展和改革技術(shù)委員會,2006.

[7] 王松,陳婉平,紀緒北.基于美標的純電動客車側(cè)面碰撞仿真分析[J].客車技術(shù)與研究,2015(04):17-19+26.

Research on Bus Side Impact Test Based on

BAI Fanghua, YANG Hang, WANG Ruohuang

( Chongqing Vehicle Test Research Institute Co., Ltd. & National Quality Control＆Inspection Center for Buses, Chongqing 401122 )

In order to analyze the feasibility of bus side impact occupant protection test method in. According to the standard, the bus side impact test was carried out. By analyzing the damage of side impact dummy, it is found that the test method can not reproduce the condition of bus collision with bus with serious passenger injury. By analyzing the acceleration curve of the test vehicle, the arrangement points of the acceleration sensors are obtained, which lays a foundation for the research on the test method of occupant protection in bus side impact.

Bus; Side impact; Occupant injury; Detect method

A

1671-7988(2022)01-127-05

U491

A

1671-7988(2022)01-127-05

CLC NO.: U491

白芳華，碩士、中級工程師，就職于重慶車輛檢測研究院有限公司，研究方向：車輛安全。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2022.001.029