正面全宽碰撞的约束系统考核
今天讲联合国第一百三十七号法规,正面全宽碰撞。这部法规的正式名称里有一个关键词——"着眼于约束系统"。理解了这个词,整部法规的编排就通了。
先说试验本身。一台完整的车,以五十公里每小时的速度,正面撞上一堵刚性的墙。这堵墙很讲究:钢筋混凝土,至少三米宽、一米五高,至少七十吨重,表面贴着二十毫米厚的胶合板。车辆和墙要对正,偏差不超过三十厘米。速度是五十公里每小时,只允许快一公里,不允许慢。为什么不允许慢?因为慢了,输入就变轻,约束系统的载荷会被低估。
撞上去以后发生什么?全宽,意味着车头每一处结构同时参与压溃。载荷对称地传入两侧,车身的横摆和侧向运动被压到最小。结果就是一个很高、很短的减速度脉冲——车身在几十毫秒里急减速,而车里的人还保持着原来的速度往前走。约束系统,安全带、气囊、限力器、座椅,就要在这几十毫秒里管住这段相对运动。
这就是"着眼于约束系统"的含义。偏置碰撞,比如百分之四十偏置的第九十四号法规,只有一侧结构承载,考核的是车身结构的侵入和生存空间;全宽碰撞结构全宽吸能,乘员舱整体减速,考核的是约束系统本身能不能在高脉冲下保护人。
那怎么知道保护到位了?法规放了两具假人在车里,而且两具的体型差别很大。驾驶员位置是第五十百分位男性假人,标准身材。副驾驶外侧位置放的是第五百分位女性假人,小个子。同一个约束系统要同时伺候好这两位。
小个子假人坐的位置明显更靠前。法规甚至给了一个几何公式:用男性假人的艾尺点和座椅座垫前缘的距离,算出女性假人的目标艾尺点。座椅越短,她坐得越靠前。坐得靠前,意味着她离气囊更近,安全带的角度也不一样。所以同一套安全带和气囊,在两个座位上形成的载荷路径完全不同——这正是法规要的:约束系统必须为不同体型分别匹配。
试验里的伤害判定,听几个关键的。头部没碰到任何部件时,这一项直接视为满足;发生接触时,头部性能指标不超过一千,头部加速度超过八十个重力加速度的累计时间不超过三毫秒。颈部,轴向拉力、剪切力、弯矩各有限值;其中拉力和剪切力的限值,女性假人更低,弯矩限值两具假人相同。胸部,压缩量,男性假人四十二毫米封顶;女性假人如果安装在轿车上,更严,三十四毫米——这个数来自六十五岁小体型女性的伤害数据,法规脚注专门说明它只适用于这个位置、这种工况。股骨,左右分别看压缩力。
这些数从哪来?都是从假人身上的传感器算出来的。头是三个方向的加速度,脖子是力和弯矩,胸口是位移。每个通道都有规定的滤波等级,校准、采样、通道之间的时间同步,法规附件八管到底。判定之前先审数据:传感器削顶没有、假人温度在不在十九到二十二点二度之间、座椅安全带位置对不对。数据不干净,判定不作数。
撞完不算完。转向盘轮毂中心,往上不能蹿过八十毫米,往后不能移过一百毫米。碰撞中车门不许开,碰撞后侧门要能解锁。不借助工具,每排座椅要能打开一个门,安全带释放按钮的力不超过六十牛顿,假人要能不调座椅就抬出来。
燃油车,碰撞瞬间只许轻微渗漏,持续泄漏每分钟不超过三十克。电动车是重点:碰撞后电安全走四条路里的一条——要么高压掉下来,六十秒内电压降到安全限值以下;要么存的电足够少;要么带电部件有物理防护,试验指够不着;要么绝缘电阻够高。碰撞后十秒到六十秒之间完成电压和能量测量,之后的六十分钟里盯着电解液和电池:水系电解液进乘员舱不行,舱外泄漏有比例上限;电池要还在车上,不能窜进乘员舱,不能起火爆炸。
最后说项目里最实用的一条:改车怎么办。影响车身总体结构,或者质量增幅超过百分之八、可能明显影响结果的,整车碰撞重来。只是改内饰、质量没超百分之八、前排座椅数没变,可以走简化路:把车身结构架上滑车,复现当初整车碰撞的减速曲线,速度历程全程偏差不超过正负一米每秒。这是偏置碰撞里没有的便捷通道,因为全宽考核的就是那条减速度曲线上的约束系统响应。
一句话收束:第一百三十七号法规用一面全宽刚性墙,把车身结构的变量压到最低,把约束系统推到台前;再用一大一小两具假人,逼着安全带和气囊把不同体型都照顾到。读懂它,就读懂了正面碰撞里"约束"二字的分量。