商恩義，李月明，習(xí)波波，侯福震

（浙江吉利汽車研究院有限公司 浙江省汽車安全技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，杭州 311228）

在歐盟新車評(píng)價(jià)規(guī)程（Euro New Car Assessment Program，Euro NCAP）（2018 年版）[1]中，在規(guī)定假人各部位得分的基礎(chǔ)上，也指定了某些部位的主觀評(píng)價(jià)修正項(xiàng)，其中包括方向盤接觸。評(píng)價(jià)時(shí)，一旦確認(rèn)方向盤與假人胸部接觸，則對(duì)假人胸部得分進(jìn)行修正，從胸部得分中扣除1 分。

當(dāng)前，評(píng)價(jià)方向盤與胸部接觸主要憑借以下信息[2]：胸部加速度曲線、高速攝像、試驗(yàn)前后照片、安全帶力曲線、試驗(yàn)樣車的物理損壞。其中，胸部加速度曲線是評(píng)價(jià)的主要依據(jù)[3]。通常情況下，胸部加速度曲線在下降或上升階段的變化是平滑的，即曲線上沒有急劇的增加過程，也不會(huì)出現(xiàn)第2 個(gè)波峰。在下降或上升階段，胸部加速度曲線一旦出現(xiàn)一個(gè)急劇的增強(qiáng)過程或者出現(xiàn)第2 個(gè)波峰，就可以初步判定方向盤接觸胸部。隨后，再排除其它因素造成此結(jié)果的可能性，如方向管柱潰縮運(yùn)動(dòng)、方向盤上盤緣接觸到儀表盤、上肢接觸到車內(nèi)飾、限力式安全帶限力功能結(jié)束等。此外，也通過高速攝像進(jìn)行確認(rèn)，確認(rèn)曲線發(fā)生突變時(shí)假人胸部與方向盤下盤緣是否極其接近。

該評(píng)價(jià)方法受工作人員的工作能力和工作經(jīng)驗(yàn)影響較大，主觀性較強(qiáng)。因此，某款車在歐洲某Euro NCAP 官方實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了Euro NCAP 摸底試驗(yàn)后，本文結(jié)合對(duì)該次試驗(yàn)中方向盤與胸部接觸所進(jìn)行的主觀評(píng)價(jià)，從車體反彈對(duì)假人運(yùn)動(dòng)姿態(tài)的影響、駕駛員和乘員在碰撞中反映的共性、假人胸部加速度曲線插補(bǔ)的合理性幾方面，對(duì)當(dāng)前的評(píng)價(jià)方法進(jìn)行了改進(jìn)和完善。

1 Euro NCAP摸底試驗(yàn)基于當(dāng)前評(píng)價(jià)方法的評(píng)價(jià)

規(guī)定假人的坐標(biāo)系如下：前后方向?yàn)閤向，向前為正，左右方向?yàn)閥向，向右為正[4]。此外，在分析中用axc表示假人胸部x向加速度；ayc表示假人胸部y向加速度；F表示安全帶肩帶力。

摸底試驗(yàn)中，駕駛員假人胸部axc曲線如圖1所示，安全帶肩帶力F 曲線如圖2 所示，假人頭部與安全氣囊接觸開始時(shí)刻如圖3 所示，第2 個(gè)波峰起始時(shí)刻的錄像截屏如圖4 所示。圖1 中，假人axc曲線在118 ms 時(shí)出現(xiàn)了第2 個(gè)波峰，官方依據(jù)當(dāng)前判定方法，結(jié)合圖1 ～4，對(duì)該峰進(jìn)行了判定：在圖1 中出現(xiàn)第2 個(gè)波峰時(shí)刻，圖2 中安全帶力曲線沒有發(fā)生明顯變化，對(duì)比圖3 和圖4，可確認(rèn)方向管柱沒有移動(dòng)，所以可排除方向管柱移動(dòng)、安全帶作用力變化等因素造成的影響，判定為方向盤接觸胸部。

圖1 某車型摸底試驗(yàn)中駕駛員假人axc

圖2 安全帶肩帶力曲線

圖3 假人開始接觸氣囊（76 ms）

圖4 胸部axc 第2 個(gè)波峰開始時(shí)刻（118 ms）

一旦判定方向盤接觸胸部，則要對(duì)假人胸部進(jìn)行扣分修正。因此，在進(jìn)行正式Euro NCAP 前，需要對(duì)當(dāng)前約束系統(tǒng)重新進(jìn)行優(yōu)化，這將延長開發(fā)周期，增加研發(fā)投入。

考慮官方評(píng)價(jià)過于簡單，有第2 個(gè)波峰出現(xiàn)，便認(rèn)定該峰為突變，且評(píng)價(jià)過程中以排除影響因素為主，不夠嚴(yán)謹(jǐn)，所以被動(dòng)安全相關(guān)人員決定對(duì)該次試驗(yàn)結(jié)果重新進(jìn)行評(píng)價(jià)。重新評(píng)價(jià)前，首先對(duì)方向盤接觸胸部的評(píng)價(jià)方法進(jìn)行了研究。

2 基于臺(tái)車試驗(yàn)的方向盤接觸胸部的探討

為了更好地改進(jìn)當(dāng)前評(píng)價(jià)方法，首先對(duì)方向盤接觸胸部的一般表現(xiàn)進(jìn)行研究。

某車進(jìn)行了64 km/h 的臺(tái)車模擬試驗(yàn)。試驗(yàn)前，白車身搭建時(shí)向左偏轉(zhuǎn)了8°，以此模擬實(shí)車碰撞過程中車體旋轉(zhuǎn)對(duì)假人運(yùn)動(dòng)的影響。試驗(yàn)后，駕駛員假人胸部axc曲線如圖5 所示，右側(cè)高速攝像125 ms 時(shí)截屏如圖6 所示。由圖5 可知，axc曲線在125 ms 時(shí)出現(xiàn)了第2 個(gè)波峰。由圖6 可知，雖然假人右臂遮擋了方向盤下盤緣，但通過方向盤與假人胸部的接近程度，依然可以判定125 ms 時(shí)假人胸部與方向盤發(fā)生了接觸，圖5 中曲線的第2 個(gè)波峰為方向盤與胸部接觸產(chǎn)生。

圖5 某臺(tái)車試驗(yàn)中駕駛員假人axc

圖6 125 ms 時(shí)高速攝像截屏

通過axc曲線第2 個(gè)波峰特性，分析方向盤與胸部接觸產(chǎn)生第2 個(gè)波峰的特點(diǎn)：圖5 中，兩個(gè)峰值對(duì)應(yīng)時(shí)刻分別用A、C 表示，之間的波谷頂點(diǎn)用

B 表示，結(jié)束前的拐點(diǎn)用D 表示。AB 反映了碰撞后期安全氣囊對(duì)假人胸部的緩沖過程，在安全氣囊作用不足的情況下，回升的斜率偏大；波峰BCD為胸部與方向盤接觸下產(chǎn)生的附加胸部加速度，一旦發(fā)生，其通常發(fā)生在假人臀部回彈胸部下?lián)溥^程中，反映了胸部與方向盤的碰撞強(qiáng)度及方向盤下盤緣變形吸能情況。與安全氣囊作用波峰相比，BCD的尖峰更強(qiáng)且持續(xù)時(shí)間更長。此外，CD 反映了假人胸部與方向盤發(fā)生撞擊后的離開速度，與安全氣囊作用下假人胸部離開速度相比，方向盤與胸部接觸的情況下，方向盤剛度大，假人胸部撞擊后離開速度更快，即CD 的斜率更大。

3 基于摸底試驗(yàn)的主觀評(píng)價(jià)方法的改進(jìn)

正面偏置碰撞試驗(yàn)中，對(duì)于左舵車，車體反彈時(shí)，將伴有以偏置碰撞剛性壁障的側(cè)棱邊為軸的逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，反彈加旋轉(zhuǎn)將導(dǎo)致前排乘員產(chǎn)生側(cè)向滑動(dòng)。此外，胸部加速度曲線出現(xiàn)第2 個(gè)峰值，也可能是出現(xiàn)波谷所致；假人胸部加速度與胸部變形量、安全帶肩帶力之間存在著一定的聯(lián)系。因此，有必要從上述幾方面對(duì)當(dāng)前主觀評(píng)價(jià)方法進(jìn)行改進(jìn)。

3.1 基于假人胸部axc 曲線與安全帶、胸部變形量之間關(guān)系的評(píng)價(jià)

相關(guān)研究表明[5-6]，對(duì)于卷收器限力式安全帶，在安全帶限力前，假人近似平動(dòng)，消除胸部加速度和胸部變形延時(shí)影響，有：

式中：m為假人廣義胸部質(zhì)量（含頸部），Hybrid Ⅲ 50%假人取值通常為18.73 kg[7]；k為假人胸部剛度，限力式安全帶作用下取值通常為200 kN/m；d為胸部變形量。令：

式中：axb表示在安全帶肩帶作用下胸部x向產(chǎn)生的加速度，m/s2；axd表示在胸部變形力作用下胸部x向產(chǎn)生的加速度，m/s2。則在安全帶限力前，消除延時(shí)影響，有：

依據(jù)式（4），建立Euro NCAP 摸底試驗(yàn)中駕駛員假人axc、axb和axd曲線比較關(guān)系，如圖7 所示。由圖可知，在約67 ms 之前，即安全帶主要作用階段，3 條曲線同步性較好。在約85 ～123 ms 之間，axc曲線下降幅度明顯超過axb和axd曲線，此期間安全帶腰帶與安全氣囊對(duì)胸部加速度產(chǎn)生了作用。而在115 ～123 ms 區(qū)間，axd和axb曲線沒有明顯變化，即安全帶肩帶產(chǎn)生的加速度沒有異常變化，表明在產(chǎn)生第2 個(gè)波峰時(shí)，安全帶肩帶力沒有造成異常影響。在整個(gè)碰撞過程中，axd和axb曲線幅值變化始終比較接近，表明胸部變形量主要是受到安全帶作用產(chǎn)生的。即在整個(gè)碰撞過程中，假人胸部主要受到安全帶肩帶作用，且安全帶肩帶作用正常。胸部axc曲線第2 個(gè)波峰的產(chǎn)生，可以排除方向管柱運(yùn)動(dòng)、方向盤上盤緣接觸到儀表盤、上肢接觸到車內(nèi)飾、限力式安全帶限力功能結(jié)束等因素的影響。分析結(jié)果傾向于方向盤接觸假人胸部。

圖7 假人胸部axb 與axc、axd 之間的關(guān)系

3.2 基于對(duì)胸部axc 曲線進(jìn)行插補(bǔ)分析的評(píng)價(jià)

在正面碰撞過程中，假人胸部x向?yàn)闇p速過程，所以在整個(gè)碰撞過程中，axc曲線總體表現(xiàn)為先下降，再回升。但在整個(gè)碰撞過程中也可能出現(xiàn)波谷或另一個(gè)波峰，如圖1 所示。波峰是再次受沖擊的反映，波谷則是瞬時(shí)卸載的表現(xiàn)，因此，確認(rèn)突變是波谷還是波峰，對(duì)確定下一步的分析方向至關(guān)重要。

判斷沖擊是波谷還是波峰，可以通過插補(bǔ)曲線進(jìn)行。插補(bǔ)曲線是輔助分析方法，沒有特定畫法，以合理性強(qiáng)為主。摸底試驗(yàn)中駕駛員假人axc曲線插補(bǔ)后如圖8 所示，118 ms 時(shí)安全氣囊狀態(tài)如圖9所示。圖8 中，根據(jù)曲線突變情況，選取了A（109 ms時(shí)刻）、B（115 ms 時(shí)刻）、C（118 ms 時(shí)刻）、D（137 ms 時(shí)刻）4 個(gè)拐點(diǎn)，畫了兩條插補(bǔ)曲線。

分析插補(bǔ)曲線的合理性：

（1）進(jìn)行BD 連線插補(bǔ)，若合理，則BCD 波峰為突變。此時(shí)，ABD 曲線為碰撞后期安全氣囊作用下胸部加速度曲線；BCD 曲線為胸部接觸方向盤產(chǎn)生的附加加速度曲線。其中，BC 反映了假人胸部撞擊方向盤的撞擊過程及方向盤盤緣變形的緩沖作用，CD 反映了假人胸部與方向盤發(fā)生撞擊后的離開速度。AB 與CD 相比，AB 變化斜率更大，該現(xiàn)象與方向盤接觸胸部的通常表現(xiàn)不符。只有當(dāng)安全氣囊瀉氣較快，假人胸部發(fā)生觸底時(shí)，才會(huì)出現(xiàn)這種情況。同時(shí)，方向盤下盤緣剛度低，假人胸部觸底后下盤緣變形吸能效果更好，導(dǎo)致假人胸部回彈慢。

圖8 插補(bǔ)后駕駛員假人胸部axc 曲線

檢查安全氣囊，如圖9 所示，安全氣囊在C 點(diǎn)對(duì)應(yīng)時(shí)刻內(nèi)部壓力依然較足，不存在瀉氣較快問題。檢查方向盤，試驗(yàn)中方向盤并沒有發(fā)生永久變形，不存在其下盤緣變形吸能較好的問題。此外，認(rèn)為BCD 為方向盤接觸胸部產(chǎn)生，則胸部與方向盤的撞擊強(qiáng)度明顯過小，明顯低于安全氣囊作用時(shí)的第1個(gè)波峰，與方向盤接觸胸部的常理不符。因此，分析表明BD 插補(bǔ)不盡合理。

（2）進(jìn)行AC插補(bǔ)，若合理，則ABC波谷為突變。此時(shí)，ACD 為安全氣囊吸能作用下胸部加速度曲線，與ABD 相比，ACD 變化更緩，將ACD 認(rèn)作安全氣囊吸能作用曲線應(yīng)更加合理。

圖9 118 ms 時(shí)刻安全氣囊狀態(tài)

若ABC 波谷為突變，產(chǎn)生原因需要進(jìn)一步分析論證。由圖9 可知，在C 點(diǎn)時(shí)刻，安全氣囊已經(jīng)明顯地被推向左側(cè)，表明假人已經(jīng)發(fā)生向左側(cè)的滑動(dòng)，波谷的產(chǎn)生極有可能與假人的側(cè)向滑動(dòng)有關(guān)。

3.3 基于車體反彈旋轉(zhuǎn)下假人發(fā)生側(cè)滑的評(píng)價(jià)

正面偏置碰撞過程中，假人的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)受車體反彈旋轉(zhuǎn)的影響不應(yīng)忽略。

3.3.1 車體反彈時(shí)刻分析

偏置碰撞試驗(yàn)前，在試驗(yàn)車左B 柱下（LB）和右B 柱下（RB）分別安裝有x向加速度傳感器。試驗(yàn)后，將兩個(gè)傳感器采集到的加速度分別積分成速度，并求得速度差值，通過左右兩B 柱下的速度差值可以判斷車體的旋轉(zhuǎn)情況：速度差值越大，車體向速度高的一側(cè)旋轉(zhuǎn)得越快。摸底試驗(yàn)中，左右兩B 柱下的速度比較關(guān)系如圖10 所示。由圖可知，LB 速度曲線在108 ms 時(shí)刻歸0，RB 速度曲線在144 ms 時(shí)刻接近0。在108 ms 之后，速度差值維持在3.45 m/s。即在108 ms 之后，車體反彈，并伴有逆時(shí)針高速旋轉(zhuǎn)。

圖10 左右B 柱速度及差值

3.3.2 車體反彈對(duì)假人運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的影響

碰撞中，對(duì)于前排駕駛員假人和乘員假人，車體反彈加高速旋轉(zhuǎn)，將導(dǎo)致安全氣囊支撐下的假人上半身都向左側(cè)滑動(dòng)。摸底試驗(yàn)中，駕駛員和乘員假人胸部axc曲線對(duì)比關(guān)系如圖11 所示。由圖可知，乘員假人胸部axc曲線在回升過程中也出現(xiàn)波谷，與駕駛員側(cè)相比，該波谷出現(xiàn)時(shí)間略晚，約為111 ms，且較淺。乘員側(cè)波谷出現(xiàn)的時(shí)間偏晚、谷底偏淺與乘員側(cè)碰撞強(qiáng)度偏弱、安全氣囊下沒有方向盤支撐有關(guān)。同一碰撞試驗(yàn)中，駕駛員和乘員假人胸部axc曲線在回升過程中，在幾乎相同的時(shí)刻產(chǎn)生了相同的變化，應(yīng)存在共同產(chǎn)生原因，此外，假人胸部axc曲線產(chǎn)生變化的時(shí)刻與車體反彈的時(shí)刻幾乎相同，因此，可以初步確認(rèn)假人胸部axc曲線出現(xiàn)的波谷為車體發(fā)生的反彈加旋轉(zhuǎn)造成。

圖11 駕駛員和乘員假人胸部axc 曲線對(duì)比

3.3.3 基于胸部y向加速度分析的側(cè)滑確認(rèn)

當(dāng)假人胸部發(fā)生側(cè)滑時(shí)，安全帶的橫向約束作用也將發(fā)生轉(zhuǎn)變，對(duì)駕駛員假人而言，胸部右側(cè)作用力減小，胸部ayc曲線歸0。建立駕駛員假人胸部axc和ayc曲線比較關(guān)系如圖12 所示。由圖可知，在109 ms 時(shí)刻，伴隨axc曲線的急速回升，ayc曲線也開始加速回升。兩條曲線開始回升的時(shí)刻與車體開始反彈的時(shí)刻基本一致，可以進(jìn)一步確認(rèn)車體反彈加旋轉(zhuǎn)對(duì)假人運(yùn)動(dòng)的影響。

圖12 駕駛員假人胸部axc 和axc 曲線比較

3.3.4 基于側(cè)滑下假人胸部axc曲線的評(píng)價(jià)

車體發(fā)生反彈旋轉(zhuǎn)的情況下，假人上半身發(fā)生側(cè)向滑動(dòng)，該滑動(dòng)下可能導(dǎo)致假人胸部axc曲線出現(xiàn)波谷。

再次分析圖8中插補(bǔ)曲線AC的合理性：圖8中，在A 點(diǎn)時(shí)，作用在假人胸部的安全氣囊受方向盤下盤緣支撐。假人胸部發(fā)生側(cè)滑后，氣囊支撐瞬間減弱，對(duì)胸部的約束作用也減弱，則產(chǎn)生AB。在AB運(yùn)動(dòng)過程中，假人胸部向左前方側(cè)滑，氣囊內(nèi)氣體在假人胸部擠壓下將被推向左側(cè)，如圖9 所示，最終在左側(cè)形成一個(gè)高壓包。當(dāng)高壓包被方向盤側(cè)盤緣支撐后，對(duì)假人胸部的支撐將再次增強(qiáng)，產(chǎn)生BC。由于方向盤側(cè)盤緣的支撐作用較差，加上擠壓過程中排氣泄荷，安全氣囊的約束作用已較弱，且氣囊邊緣的約束作用更弱，因此，二次支撐下假人胸部產(chǎn)生的BC 表現(xiàn)不強(qiáng)。

該分析結(jié)果表明，AC 插補(bǔ)更為合理，ABC 波谷為異常變化，摸底試驗(yàn)中方向盤與假人胸部未發(fā)生接觸。

4 反彈-插補(bǔ)法的應(yīng)用

針對(duì)Euro NCAP 的摸底試驗(yàn)，通過對(duì)車體反彈加旋轉(zhuǎn)對(duì)車內(nèi)前排乘員的影響進(jìn)行分析，并在此基礎(chǔ)上運(yùn)用插補(bǔ)曲線對(duì)摸底試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)，最終確認(rèn)摸底試驗(yàn)中方向盤與假人胸部未發(fā)生接觸。該分析方法彌補(bǔ)了當(dāng)前只認(rèn)可第2 個(gè)波峰為突變的分析方法的不足，提高了分析的客觀性，可作為后續(xù)方向盤接觸胸部主觀評(píng)價(jià)的新評(píng)價(jià)方法。考慮到分析過程中，假人胸部axc曲線的有效插補(bǔ)曲線是在兩峰之間，且波谷是出現(xiàn)在車體反彈過程中，所以將新評(píng)價(jià)方法稱為反彈-插補(bǔ)法。

正在進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)的某車型，剛剛進(jìn)行了正面偏置碰撞試驗(yàn)T1。T1 的整體試驗(yàn)結(jié)果較好，但駕駛員假人胸部axc曲線在回升過程中發(fā)生了突變，如圖13 所示。由圖可知，假人胸部axc曲線在113 ～126 ms 之間出現(xiàn)了第2 個(gè)波峰，峰值出現(xiàn)時(shí)間為118 ms，運(yùn)用反彈-插補(bǔ)法進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)是否發(fā)生方向盤接觸。

圖13 T1 試驗(yàn)中駕駛員假人胸部axc 曲線

4.1 車體反彈時(shí)間確認(rèn)

建立T1 試驗(yàn)中左右B 柱下速度比較關(guān)系，如圖14 所示。由圖可知，LB 速度曲線在107 ms 時(shí)刻歸0，RB 速度曲線在136 ms 時(shí)刻歸0，并徘徊在0附近。在107 ms 之后，速度差維持在3 m/s。分析表明：約從107 ms 開始，車體反彈，并伴有尾部上翹和急速旋轉(zhuǎn)。

圖14 左右B 柱下速度比較關(guān)系

4.2 前排假人胸部axc 插補(bǔ)分析

對(duì)T1 試驗(yàn)中駕駛員和乘員假人胸部axc曲線同時(shí)進(jìn)行插補(bǔ)處理，處理結(jié)果如圖15 所示。由圖可知，駕駛員假人胸部axc曲線的插補(bǔ)區(qū)間為107 ～118 ms，乘員假人胸部axc曲線的插補(bǔ)區(qū)間為113 ～135 ms，乘員側(cè)假人的插補(bǔ)區(qū)間略滯后于駕駛員側(cè)。插補(bǔ)后，兩條曲線回升過程過渡均勻，沒有了突變，可以確認(rèn)在107 ms 前后駕駛員假人和乘員假人胸部先后發(fā)生了瞬時(shí)卸載過程，該瞬時(shí)卸載過程導(dǎo)致假人胸部axc曲線產(chǎn)生波谷。分析結(jié)果表明：T1 試驗(yàn)中，駕駛員假人胸部axc曲線發(fā)生的突變?yōu)椴ü?，方向盤與假人胸部未發(fā)生接觸。

圖15 T1 試驗(yàn)中駕駛員和乘員假人胸部axc 曲線

5 結(jié)論

通過對(duì)64 km/h 正面偏置碰撞試驗(yàn)中假人胸部x向加速度曲線運(yùn)用插補(bǔ)法進(jìn)行分析，得出結(jié)論：在進(jìn)行方向盤接觸主觀評(píng)價(jià)時(shí)，針對(duì)假人胸部x向加速度曲線出現(xiàn)第2 個(gè)波峰的情況，可以采用反彈-插補(bǔ)法先對(duì)該曲線進(jìn)行插補(bǔ)修整后再進(jìn)行評(píng)價(jià)，以此先排除車體回彈旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致假人發(fā)生側(cè)滑產(chǎn)生的影響，可以減少直接采用當(dāng)前評(píng)價(jià)方法進(jìn)行評(píng)價(jià)產(chǎn)生的誤判。