周鵬，胡經(jīng)國，杜志豪

(中汽研汽車檢驗(yàn)中心(寧波)有限公司，浙江寧波 315336)

0 引言

做汽車碰撞試驗(yàn)時(shí)，法規(guī)有明確規(guī)定碰撞后的偏移量要求，其中GB 11551—2014《汽車正面碰撞的乘員保護(hù)》要求車輛到達(dá)壁障的路線在橫向任一方向偏離理論軌跡均不應(yīng)超過150 mm[1]；GB/T 20913—2007《乘用車正面偏置碰撞的乘員保護(hù)》要求車輛應(yīng)與壁障表面重疊車輛寬度的40%±20 mm[2]，即左右偏差不超過20 mm。C-NCAP中的正面碰撞和偏置碰撞試驗(yàn)對(duì)于偏移量也是和國標(biāo)有著同樣的要求。此外，碰撞的偏移還會(huì)影響安裝在車輛上的加速度傳感器，偏置碰中就有明確規(guī)定“加速度傳感器的安裝應(yīng)保證實(shí)際測(cè)量軸線相對(duì)于基準(zhǔn)軸線的偏離角不得大于5°，除非為分析安裝的影響而采集數(shù)據(jù)[2]。”因此，對(duì)于碰撞偏移量的探究以及采取適當(dāng)措施去控制和減小碰撞試驗(yàn)過程中的偏移是十分重要的。

1 汽車正碰試驗(yàn)中引起偏移量的原因分析

隨著汽車被動(dòng)安全性研究的迅速發(fā)展，實(shí)車碰撞試驗(yàn)過程中，試驗(yàn)樣車的加速方式有多種，如：牽引式、利用重力式、發(fā)射式、遙控行駛式等，并且每一種加速方式又有不同的分類，而不同試驗(yàn)方式的試驗(yàn)條件也不完全相同，如試驗(yàn)跑道的長(zhǎng)度、試驗(yàn)樣車加速至碰撞過程中的運(yùn)行情況等，這些因素的不同導(dǎo)致了跑偏方式的不同[3]。

目前試驗(yàn)室采用的是鋼絲繩牽引式系統(tǒng)，該系統(tǒng)工作時(shí)將小滑車夾緊牽引繩，開啟鋼絲繩循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)，再由小滑車帶動(dòng)試驗(yàn)車加速至試驗(yàn)速度，到達(dá)壁障前，利用脫鉤裝置脫鉤，試驗(yàn)車輛利用慣性保持當(dāng)前速度撞擊壁障，完成試驗(yàn)。

分析整個(gè)碰撞試驗(yàn)過程，得出會(huì)影響試驗(yàn)車偏移的因素有以下幾點(diǎn)：

(1)車輛前后找中不準(zhǔn)。在準(zhǔn)備車輛時(shí)需要將車輛進(jìn)行對(duì)中處理，使車輛處于軌道正中間位置。所以車輛前后的中點(diǎn)如果有偏差，會(huì)導(dǎo)致車輛一開始就是偏的，牽引系統(tǒng)工作時(shí)，受鋼絲繩牽引力作用，車輛的偏移會(huì)控制在較小范圍內(nèi)，但是小滑車脫鉤后，車輛因慣性自由向前時(shí)會(huì)有大概率出現(xiàn)明顯跑偏現(xiàn)象。

(2)用于掛車的鏈條左右端不對(duì)稱且鏈條過長(zhǎng)。鏈條兩端不對(duì)稱會(huì)導(dǎo)致在牽引過程中受力不均勻，使車輛發(fā)生偏轉(zhuǎn)。而且如果鏈條過長(zhǎng)，車脫鉤后，鏈條與地面會(huì)接觸，也有可能使鏈條與脫車鉤接觸，造成車輛偏轉(zhuǎn)。

(3)車輛輪子本身有偏移。試驗(yàn)車輛如果沒有進(jìn)行過四輪定位，那就很難將車輛完全擺正，即使能夠擺正，也無法阻止車輛在牽引過程中發(fā)生偏轉(zhuǎn)。

(4)跑道平整度不好，左右側(cè)不水平。車輛在理想情況下牽引，也會(huì)因?yàn)榕艿榔秸麊栴}在脫鉤之后，車輛處于慣性自由行駛過程中造成偏轉(zhuǎn)。

(5)脫鉤之后發(fā)生偏離。脫鉤之后，車輛因慣性自由向前滑動(dòng)，此時(shí)在無牽引力的狀態(tài)下，車輛受外部因素如跑道平整度、鏈條過長(zhǎng)觸碰地面、車輪偏轉(zhuǎn)等的影響會(huì)很大。

2 測(cè)量偏移量的方法探究

為準(zhǔn)確獲得碰撞后的偏移量，需要進(jìn)行測(cè)量。而測(cè)量方法有以下幾種：

(1)顏料標(biāo)記法。試驗(yàn)前在車輛的前保險(xiǎn)杠位于車輛縱向中心線的表面兩側(cè)間隔2 mm貼兩條紙膠帶，將油性不易干的顏料畫在中心線上，同時(shí)撕去膠帶。試驗(yàn)后觀察顏料印記與撞擊面事先確定是中心線間的距離即為碰撞偏移量。例如做100%正面碰撞試驗(yàn)時(shí)，偏移量的測(cè)量可以是壁障處膠合板上的豎直中心線與試驗(yàn)車的顏料印記之間的距離；做40%偏置碰撞等試驗(yàn)時(shí)可在車輛和壁障上同時(shí)畫上不同顏色的顏料來測(cè)量碰撞后的偏移量。圖1和圖2的標(biāo)記線就是正碰試驗(yàn)時(shí)所畫的線，這次試驗(yàn)的偏移量就是圖2中線1與線2之間的距離。

圖1 試驗(yàn)車輛最前端標(biāo)記線

圖2 壁障處標(biāo)記線

(2)螺釘標(biāo)記法。采用細(xì)小的螺釘或尖銳的硬質(zhì)物固定在車輛最前端的碰撞中心線位置，在碰撞壁障處畫上中心線，碰撞后螺釘在壁障表面形成的印記與中心線之間的距離即為偏移量。如圖3所示。

圖3 螺釘標(biāo)記法

(3)攝影標(biāo)對(duì)比法。通常可用于偏置類試驗(yàn)，在試驗(yàn)車輛碰撞中心線處貼上鋼琴貼，在壁障側(cè)碰撞中心線前端固定高速相機(jī)用以采集碰撞瞬間視頻，根據(jù)視頻中的攝影標(biāo)與壁障接觸觀測(cè)出偏移量，如圖4所示。還有一種方式是：在車輛與壁障的水平投影面上以相對(duì)固定的距離貼上寶馬貼，在碰撞過程采集頂部攝像，根據(jù)錄像和專用軟件測(cè)算出碰撞時(shí)兩個(gè)寶馬貼的相對(duì)距離與試驗(yàn)前的固定距離比較得出偏移量，如圖5所示。

圖4 攝影標(biāo)對(duì)比法1

圖5 攝影標(biāo)對(duì)比法2

(4)壓紙標(biāo)記法。試驗(yàn)車輛在碰撞壁前對(duì)正時(shí)(為調(diào)高速攝像機(jī))將白色A4 紙橫貼于地面左前車輪路徑上，使碰撞時(shí)左前輪剛好壓過，左后輪不能壓到的位置；推動(dòng)已對(duì)正車輛，使左前輪在紙上壓過留下印記；車輛返回發(fā)車間后，在原來的 A4 紙位置上再對(duì)齊覆蓋一張新紙；試驗(yàn)時(shí)車輛左前輪再次在新紙上留下印記，橫向撕掉一半上層的紙，測(cè)量接縫處上下先后印記的偏差即為近似碰撞車輛軌跡偏移[4]。

圖6 壓紙標(biāo)記法

(5)底部攝像測(cè)算法。在車輛底部貼好標(biāo)記線，通過觀察碰撞時(shí)的底部攝像大致測(cè)算出偏移量。

圖7 底部攝像測(cè)算法

對(duì)于這幾種測(cè)量偏移量的方法之間的比較來看：顏料標(biāo)記法適用范圍較廣，精度一般，實(shí)際試驗(yàn)中易出現(xiàn)印記剮蹭、不明顯等現(xiàn)象；螺釘標(biāo)記法適用范圍小，精度高；攝影標(biāo)對(duì)比法適用范圍廣，精度一般，受硬件設(shè)備相機(jī)和計(jì)算軟件的影響大，可粗略判斷偏移量是否符合法規(guī)要求；壓紙標(biāo)記法適用范圍廣，精度一般，幾乎可適用于任何試驗(yàn)，但會(huì)遇到試驗(yàn)車輛碰撞后反彈再次壓過紙張留下二次印記，導(dǎo)致誤差增大的情況發(fā)生；底部攝像測(cè)算法適用范圍較小，精度差，可大致判斷偏移量是否符合要求。在不同的試驗(yàn)條件下，可選擇不同的方法進(jìn)行測(cè)量，而且為了保證測(cè)量數(shù)據(jù)的可靠性，可選擇兩種以上的方法同時(shí)進(jìn)行。

3 減小偏移量的改進(jìn)措施

為了減小碰撞的偏移量，增加試驗(yàn)精度，提高試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，需要做一些改進(jìn)的措施。采取措施前統(tǒng)計(jì)的20次正面碰撞試驗(yàn)的偏移量如圖8所示。

圖8 改進(jìn)前正面碰撞試驗(yàn)的偏移量

圖8中向左偏移為負(fù)，向右為正，可以看出20次試驗(yàn)中有12次向左偏移，8次向右偏移，偏移量的平均值為-1.45 mm，用標(biāo)準(zhǔn)偏差來表示數(shù)據(jù)的離散程度結(jié)果為15.031 55。不難分析，每次試驗(yàn)偏移的方向和大小都是隨機(jī)的，無法從偏移量的數(shù)據(jù)入手，試圖尋找規(guī)律以便減小偏移量所以改進(jìn)措施需要從影響因素著手。

根據(jù)上述的幾條影響因素做出如下的改進(jìn)措施：試驗(yàn)前車輛找中過程用常規(guī)的尺子找中點(diǎn)與三坐標(biāo)測(cè)中點(diǎn)相結(jié)合，找出車輛前后正確的中點(diǎn)；在實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備掛牽引鏈條時(shí)注意鏈條兩端一定要對(duì)稱，且長(zhǎng)度把握在剛好能掛上滑車，控制鏈條足夠的短；試驗(yàn)前對(duì)沒有做過四輪定位的車輛做四輪定位；脫鉤位置盡量前移，縮短脫鉤后汽車的自由行程。

經(jīng)過整改之后，再次統(tǒng)計(jì)20次試驗(yàn)的數(shù)據(jù)，結(jié)果如圖9所示。

圖9 改進(jìn)后正面碰撞試驗(yàn)的偏移量

由圖9可以看出經(jīng)過整改之后的20次試驗(yàn)中有11次向左偏移，9次向右偏移，偏移的平均值為0.89 mm，標(biāo)準(zhǔn)偏差為5.78。相比于整改前的數(shù)據(jù)，不管是平均值還是離散性都有較大的改進(jìn)，能夠?qū)⑵屏糠€(wěn)定地控制在較小范圍內(nèi)。

4 結(jié)束語

進(jìn)行汽車碰撞試驗(yàn)過程中發(fā)生偏移是無法避免的，能做的就是盡量減小和控制偏移量，以免對(duì)試驗(yàn)的結(jié)果造成過大的影響。通過對(duì)偏移量的影響因素分析入手，提出相應(yīng)的改進(jìn)措施，可以得出試驗(yàn)前確定車輛的中點(diǎn)、牽引鏈條要對(duì)稱且尺寸合適、對(duì)車輛做四輪定位以及車輛脫鉤裝置盡量靠近壁障等措施，這些都對(duì)改善偏移量有一定的參考指導(dǎo)作用。