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约束系统试验主观评价

时间:2022-09-30 百科知识 版权反馈
【摘要】:以上是从物理参数的量值角度分析约束系统与车体碰撞相应耦合的效果。在台车试验或整车碰撞试验里面,通过对乘员姿态的观察可以判断约束系统身体各部位协调是否存在严重失误。因此,约束系统应当在车内空间允许的条件下尽量使乘员往前运动。座椅的刚度和强度设计应当足以阻止在碰撞过程中乘员向前和向下的运动。车门是保证碰撞安全的重要部件。保证约束系统与车体表现的稳定性。

以上是从物理参数的量值角度分析约束系统与车体碰撞相应耦合的效果。这些最重要的基本物理量值在碰撞试验中可以通过传感器直接测出。碰撞试验(台车或实车)的另外一个主要分析方式是基于高速摄像记录或试验状态进行主观分析。很多系统性能是不能用基本物理量传感器感知的,Euro-NCAP试验和评价流程也注意到了这一点,因此在评价程序里增加了“扣分项”。这些项目是由试验人员通过对一些现象的观察,主观判断车厂的设计是否能保证现有的试验结果将来可以稳定地再现,是否能保证在异于标准试验条件的实际场景中仍能稳定发挥安全保护作用。本章前述的解析分析方法是对单一质量块人体进行的约束参数设计,但是,整个人体是由各种关节连接起来的质量块,在碰撞中各个质量块之间一定会发生相对拉压或转动,相互之间发生有能量传递与扰动,会给整体的保护效果带来不确定性因素。因此,对身体各个部位的约束进行正确配合,即进行“均衡约束”是十分重要的。

良好的约束系统设计可满足以下要求:正确的约束刚度、正确的约束作用时间及身体各部位约束时间的正确配合。在台车试验或整车碰撞试验里面,通过对乘员姿态的观察可以判断约束系统身体各部位协调是否存在严重失误。

经验表明保证以下系统表现有利于获得良好的乘员保护成绩:

(1)尽量延长约束的作用时间,可以降低作用在乘员身上的载荷峰值。约束系统越早接触乘员越好,有利于使乘员的载荷曲线更加接近于矩形。

(2)尽量增加乘员相对于地面的位移距离(C+Dov)。可以看出,增加车体碰撞压缩量和乘员的车内移动距离可以达到这个目的。因此,约束系统应当在车内空间允许的条件下尽量使乘员往前运动。

(3)身体各个部位之间要避免能量传递。在约束过程中尽量减少各个关节的弯曲程度,避免身体部位之间发生过大的相对转动;各个部位都应当尽量保持水平运动,避免上下窜动。上述姿态有利于避免身体各个部位之间发生能量传递,以便于在事故发生时按照预定的能量规划进行有序吸能,使各个子约束系统可以专注于约束自己负责的那个身体部位,避免吸能失效。只有这样,整个约束系统才能“各司其职”,充分发挥吸能效能,达成“均衡约束”的效果。可以推测,如果身体各个部位开始接触约束的时间差距较大,那么必定会引起动能在身体各部位之间进行不良传递。例如,在上体躯干接触安全气囊以后,如果膝部没有及时接触膝部气囊或者膝部缓冲板,大腿就会继续向前滑动,其动能传递给上体躯干以后会拉动上体前冲,加大胸部与气囊之间的冲击,给胸腔和脊椎带来额外负担,同时会把上体拉向下方。

图4.50 乘员肢体角度检测

均衡约束的条件是:让身体各个部位的载荷同时达到各自的峰值。

在垂直方向上,座椅是最重要的约束系统。座椅的刚度和强度设计应当足以阻止在碰撞过程中乘员向前和向下的运动。

主要控制的关节角度有颈部关节、骨盆关节和膝关节。在台车试验中,应当观察记录各种约束参数匹配方案对α、β、θ(见图4.50)改变量的影响。在参数匹配调整过程中,可以优先选择平均角度变化值最小的方案,同时,还应注意控制髋点的上下跳动幅度。

避免“下潜”动作发生。发生下潜时两个肠骨力传感器会感知到1kN以上的力值下降。

(4)避免肢体与尖锐表面和坚硬表面相接触,将接触力分布在尽量大的接触面积里。加大接触面积可以减轻局部伤害,同时也能避免吸能结构失效。

(5)将吸能内饰件的压溃阈值设定在人体伤害限值以下,即不能太硬。把压溃式转向柱、仪表板、挡膝板当成约束系统的一部分来统一考虑。尤其是对膝盖的阻挡,其对控制整体的人体姿态非常重要。

同时,约束系统刚度不能太软,例如,过软的气袋会被乘员“击穿”,即使乘员透过松软的气袋直接与前方的方向盘等车体部件发生硬性磕碰。发生击穿时,乘员头部或胸部加速度曲线会出现宽于3ms的尖峰,加速度的幅值会比不击穿时高出5个g以上。

(6)保证车室的完整性,最大限度避免车体结构向车室内侵入的深度和速度。车门是保证碰撞安全的重要部件。在碰撞过程中,车门不能打开,否则乘员会被抛出车外。在碰撞结束后,有需要时车门可以正常打开,尤其是不借助工具就能够徒手打开,以便于乘员自行逃生,或者车外人员进行营救。

风挡玻璃是保证车室碰撞完整性的另外一个重要部件。玻璃种类一般有3种:强化玻璃、夹层玻璃、聚碳酸酯玻璃。多数汽车在侧窗、尾窗和顶窗上采用强化玻璃,发生事故时,这种玻璃会破碎导致成员划伤,或者形成开口,使乘员被抛出车外。夹层玻璃多见于高端车,但是有在轿车和SUV上取代强化玻璃的趋势。夹层玻璃有三层,而强化玻璃只有一层。

鉴于风挡玻璃的重要性,各国均将其纳入法规管理,见FMVSS 205(USA)、CMVSS 205(加拿大)、ECE R43(欧洲)、GB 9656—1996(中国)等法规。其中FMVSS限制在侧窗和后窗上采用替代材料(如聚碳酸酯玻璃和普通玻璃),除非它们可以满足所有FMVSS标准。

多年以来,美国和欧洲市场上每辆车的前风挡都是夹层玻璃,而在其他车窗上不强制应用夹层玻璃,厂家通常应用强化玻璃,只有高端车才能提供全包围的夹层玻璃。夹层玻璃由两层玻璃和一层中间的PVB组成,碰撞事故发生后,玻璃层会破碎,但是PVB层仍会把玻璃碎块然黏结在车窗的原位上,可防止乘员被弹出窗外。正因为采用了这个技术,事故中乘员从前风挡弹出的情况在近年已经基本得到杜绝。

(7)保证约束系统与车体表现的稳定性。车体的重心水平高度一般要高于碰撞力中心,在碰撞中车体会发生向前上方的翻转运动。由于碰撞障碍不对中,如模拟车对车部分重叠的ODB障碍碰撞,车辆在碰撞中也可能发生横摆运动。在各种纵向与横向运动的惯性力作用下,乘员不会准确沿x坐标轴方向一直往前运动,而是会随车体产生各种转动。车体与乘员躯体都发生转动时,会破坏原有的约束过程设计。例如进行左侧ODB试验时,乘员头部会打在气袋偏左的方位,如果气袋过小,会使头部脱离气袋约束而与车体发生硬性碰撞。在翻转与横摆运动中,乘员膝部与仪表板的接触点会偏离设定刚度的膝部挡板区,不是太软失去约束作用,就是太硬导致膝部伤害过大。

Euro-NCAP的膝部扣分项是最常见的扣分形式,有很多车型只是因为膝部扣分而失掉摘取五星等级的机会。

在偏置碰撞(如ODB和斜角刚性壁)中,左右前轮的不对称位移会反向牵动方向盘转动,如果方向盘几何中心与转动中心不重合,或者气袋为非圆的不对称结构,也有可能造成头部脱落到气袋约束以外。

(8)避免安全气囊展开过晚。当乘员已经移动到气囊盖板几厘米之内时,气囊对人体的打击伤害力是最大的,最严重时可导致乘员死亡

(9)气囊的展开方式。气囊展开时应当避免横扫过乘员脸部,否则会给乘员造成横向打击力,或者对脸部造成重度擦伤。在包含各种坐姿和各种尺度乘员的头部区域内,气囊的展开速度不能超过90m/s。

(10)方向盘和转向柱不能发生过量的后向、上向、横向位移。EEVC的推荐限值为:后向100mm,上向80mm,横向100mm。方向盘不得对胸部产生直接的压力载荷。

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