由前述可知，新车型的样车制造是分阶段进行的，一般分为三个阶段。矩阵表5.19和表5.14里所列项目并不是在每个阶段里都要试验一遍，因为鉴于试制样品状态和正式产品的差距，有些性能在前期试制阶段里是测试不出来的。另外一方面考虑是要尽量减少碰撞数量，降低试验费用和时间。因此，矩阵表里的项目在三个阶段里是互相穿插和部分重叠的。总试验数量多于矩阵表所列项目，但是不等于所列项目数乘以3。
图5.8 高速公路护栏碰撞模式
（a）30%偏置支柱碰撞；（b）20°斜角护栏碰撞
图5.9 高速公路护栏整车碰撞试验
（由一汽技术中心安全研究室提供）
由于子系统供应状态和车身材料、工艺的差异，三个阶段样车的碰撞力学特性一定会有差异，因此在传感器开发过程中还不能完全依赖一阶段的碰撞测试波形对气囊控制器的算法做最后的标定。在整个开发过程中，碰撞波形的幅值/形态、伤害灰区界限、传感器灰区界限都会有上下波动。灰区是指一个速度区域范围。在生物伤害灰区内，气囊的作用未知或者不确定。在伤害灰区下限速度以下碰撞时，起爆气囊一定会加重乘员伤害；在伤害灰区上限速度以上碰撞时，起爆气囊一定会减轻伤害。在传感器灰区内，撞击传感器对碰撞强度的感知不确定，可能引爆气囊也可能不引爆气囊。在上限点碰撞一定引爆气囊，在下限点碰撞一定不会引爆气囊。这个传感器灰区是由碰撞感测算法的特点决定的，因传感器而异，也因算法而异，确保将传感器的感知灰区范围始终落于伤害灰区界限之内是给乘员提供稳定保护的基本保证（见图5.10），需要车体设计、约束系统设计、碰撞感知多个专业互相协调配合。
5.2.3.1 第Ⅰ轮试制样车碰撞试验
第Ⅰ轮样车碰撞的主要目的：
（1）观察最高碰撞能量时波形特征是否满足预设目标，如果不满足，则进行必要的结构更改。
（2）标定仿真数字化碰撞模型与物理试验之间的误差，修正CAE计算时采用边界条件和参数设定，以提高第Ⅱ轮试制前的CAE分析精度。
（3）在vNF、vMF处观察车体碰撞响应以及乘员人体响应。车体响应用于撞击传感器标定，人体响应用来确定约束系统与车体动态响应之间的时序配合。
（4）如果应用多级气囊，要确定在Ⅰ级气囊与Ⅱ级气囊保护效应的重叠区，最终是由Ⅰ级气囊还是Ⅱ级气囊为乘员提供保护。
图5.10 生物力学灰区与传感器灰区
（5）采集各种动态响应的时间过程，为搭建约束系统总成开发台车试验提供模拟波形输入。由于样车状态不稳定和试验数量有限，本轮试验无法对伤害灰区设计的合理性进行验证。第Ⅰ轮样车数量很有限，因此在表5.19中只能按照上述目的挑选有限个项目进行，挑选项目举例见表5.21。
表5.21 FMVSS 208Ⅰ轮简略试验举例
5.2.3.2 第Ⅱ轮碰撞试验规划
1）碰撞矩阵编制
第Ⅱ阶段试验与第Ⅰ阶段试验的差别主要体现在：
（1）车体体现了对第Ⅰ轮试制样车结构耐撞性缺陷的更改，波形得到改善，更加趋近于设定目标。
（2）根据第Ⅰ轮碰撞试验的实际波形，约束系统经过第Ⅰ轮优化，在第Ⅱ轮碰撞试验中装配初步优化的约束系统。
（3）在各个v点要用ECU的算法进行控制点火，以考察算法对各种碰撞波形的适应能力。
（4）在高速碰撞保护工况，假设气囊在所有的工况都能起爆在正确的时间点上，考核约束系统的硬件设计是否可以和车体的动态响应达到最佳匹配。为了使起爆时间“正确”，在本轮碰撞试验里可以用定时器强行使气囊在某最佳期望时刻点爆，这样可以在本阶段开发过程中，集中精力解决约束系统力学设计方面的问题。如果发现约束系统动力学缺陷，则进一步进行约束系统硬件优化。
（5）考虑不同配置对车体碰撞响应的影响，如不同的动力总成搭配对加速度波形和碰撞压溃量的影响。
（6）结合约束系统验证表5.20伤害灰区的合理性，或者做出进一步优化。
（7）本轮试验可以不考核点火算法的有效性和验证传感器灰区。
（8）结合不同动力总成配置，更广泛采集伤害灰区上下限点的碰撞波形，大面积开展传感器算法适应性研究。
第Ⅱ轮试验应当是规模最广的，除了法规规定以外，尤其要注意那些厂家自己的关注试验。以表5.19代表的Ⅰ阶段试验矩阵为例，挑选Ⅱ轮试验内容如表5.22所示。
表5.22 Ⅱ轮试验矩阵
2）动力总成配置对波形影响的检验
应当注意，试验质量、质心位置的变化对车体动态响应是有影响的，因此进行不同配置车辆的试验时，如将自动变速器变为手动变速器，车体响应与原有的vNF和vMF标定结果会略有偏移。为避免配置质量差异引起传感器标定失效和传感器灰区边界漂移，在进行vNF和vMF标定测试时就要有意识地选择偏安全的质量配置。车体加速度的变化会对单点式传感器的标定带来影响，车体压缩量的变化会对前置分布式传感器的标定带来影响。车体质量的改变超过一定幅值后会带来加速度幅值和压溃量响应的变化，进而影响原有传感器及判断算法的标定。在Ⅱ试验阶段，已经有可能考虑不同的动力总成配置，因此这阶段的试验应当考虑不同动力总成的所带来的影响。
把正面刚性壁碰撞简化成单自由度弹簧—质量模型（见图5.11），设瞬态响应为
图5.11 弹簧—质量模型
由式（5.2）和式（5.3），得
如果k的单位为kN/m，m的单位为kg，v的单位为km/h，A的单位为g，则
以上各式中，C为压缩量；v为碰撞速度；A为加速度正弦波形响应峰值；m为质量；k为弹簧刚度；ω 为质量自然圆周频率；s为位移。
k值一般分布在250～400，加速度幅值A与质量增减的关系见图5.12。用这个算式不能准确计算加速度响应的峰值，但是可以来估计减速度峰值与质量变化之间的相对关系。可见，如果车体质量是原来的a倍，车体加速度响应将是原来的1/
倍。车体加速度变化超过15%以后，就应当考虑对传感器的控制算法进行重新标定。配置对质量影响最大的总成是发动机和变速箱。对vMF条件验证试验，应当采用最重的传动系统配置，这时车体的加速度幅值最小，如果这个波形能让气囊控制器点火，那么就可以保证所有其他配置都能触发点火；对vNF条件验证试验，应当采用最轻的传动系统配置，这时车体的加速度响应最大，如果这个波形不能让气囊控制器点火，那么就可以保证所有其他配置都不点火。
图5.12 v=50km/h时，A与质量变化之间的关系
中央传感器是安装在车室内中通道的非变形区，传感器感测碰撞减速度的强度，然后由积分算出速度变化∆v。碰撞强度判断最主要的方法就是把∆v的量值当作起爆的判据。
∆v判据有一定的局限性。图5.13所示为几种碰撞的∆v曲线，在10ms左右的时间点上，单靠∆v很难决断应不应该起爆。因为传动系统质量的增加会使车体加速度响应更加不敏感，导致中央控制器区分∆v的工作变得更加艰难。如果改变动力总成配置以后起始加速度变化过大，为了弥补中央控制器里加速度感知（也称为单点传感器）的不足，有时需要用接触传感器辅助测试车体的碰撞强度。接触传感器靠碰撞后部件间的接触来感知碰撞强度，一般安装在散热器的前端。接触传感器利用了一个特性，即变形区的∆v比非变形区的∆v变化更加剧烈，因此在车室没有达到某一个∆v之前，结合接触传感器触发的时间，中央控制器就能预先计算出车室未来的∆v，进而提早进行起爆决策。这种传感器尤其对中央柱撞这类变形很大、但非变形区减速度提升很缓慢的碰撞检测尤其有效。这种传感器一般都要结合中央加速度传感器的信号进行综合判断。
图5.13 各种障碍碰撞的∆v
对气囊起爆控制器有两方面的要求：一是要能区分碰撞类别，保证传感器灰区段落的稳定性；二是决策的速度要快。表5.23所示为各种碰撞通常要求的起爆时间，在此之前控制器必须完成判断决策。表5.23中的点火时间是在各种碰撞工况下根据乘员的平均运动姿态确定的，这个点火时间只是一个参考范围，每个车型会有所不同。如果时间表明中央控制器的判断不能及时提供表5.23所要求的及时判断，那么就要采用加装接触传感器、预警（Pre-Crash）探测器等技术措施。如果一个前置接触传感器不能覆盖其他工况，还可以在前端其他位置上增加多个接触传感器，这种布置被称为周边传感器（Peripheral Crash Sensor）。周边传感器有以下优势：
（1）改善Ⅰ级起爆的TTF，尤其是对变形障碍碰撞工况。
（2）更加明确区分低—中—高严重程度的碰撞。
（3）能区分碰撞类别，如左侧偏置/右侧偏置，偏置/斜角，上骑/下钻。
（4）扩展了传统只探测正前方±30°范围内碰撞的局限。
表5.23 各种碰撞通常要求的起爆时间
前方接触传感器的探测性能与变形时间有关，而车体质量的变化又会引起变形响应的变化，为此考察车重变化对此处变形时间的影响。由式（5.1）和式（5.3）得
如果k的单位为kN/m，m的单位为kg，v的单位为km/h，C单位为m，则
C与质量增减的关系见图5.14。可见，如果质量是原来的a倍，压缩量将是原来的
倍。对vMF条件验证试验，应当采用最重的传动系统配置，这时车体的压缩量最大、接触到前置传感器的时间也最长，因此可以保证其他所有的质量配置都能够及时碰撞接触前置传感器；对vNF条件验证试验，应当采用最轻的传动系统配置，这时车体的压缩量最小，接触到前置传感器的时间也最快，因此可以保证在其他所有的质量配置的碰撞中，前置传感器的接触时刻都晚于这个时间值。假设接触传感器安装在距最前端300mm（12in）处，图5.15表示，一个车型典型的传动系统质量差异导致在30mm（前置传感器安装点）处接触传感器的接触时间产生了3ms的影响。
图5.14 v=50km/h，C与质量m变化之间的关系
图5.15 动力总成重量改变以后对变形量的影响
无论是从加速度响应还是压缩量响应上看，中央控制器单点传感器和前置接触传感器的vMF试验条件都要求采用最重的配置，vNF试验条件都要求采用最轻的配置。式（5.5）、式（5.7）也可以用来分析车型改脸设计时质量变化对车体动态响应的影响。
在vNF和vMF处采得的碰撞波形可以用来进行标定气囊控制器的点火算法。如果重复一种碰撞试验，即使碰撞的速度非常准确，每次的碰撞减速度波形也不会完全一样，而会有一定的离散和波动。从约束系统控制的要求角度来看，在一个标称的碰撞速度点上，不管碰撞波形如何波动，要求控制器算法的判断结果是一致的，要么都点火，要么都不点火，点火的时间也应是一样的。这就要求在波动的碰撞波形面前，点火算法表现得要稳定。通常的做法是在采集的实测减速度基础之上再让波幅上下波动±15%，观察控制器输出是否依然稳定。幅度波动后的上下限结果见图5.16。这个波动范围可以输入软件模型中进行仿真验证，也可以输入线性加速器上对控制器进行物理验证（见图5.17）。线性加速器可以重复再现任何一个实车碰撞时的车体减速度响应波形，把这个波形施加到单点式中央传感器上，在控制器的输出端就可测得控制器的真实响应。测试的结果包括了机械系统的物理响应，因此更加真实。
图5.16 加速度幅值波动验证
图5.17 MB ABSTS气囊传感器试验系统（www.mbdynamics.com,MB Dynamics Inc）
碰撞波形的不稳定性有时会造成在一个确定碰撞速度下控制器的输出不唯一，这个输出不确定的碰撞速度区段就是传感器灰区。
在第Ⅱ轮试验中，一个重要的任务是摸清伤害灰区，以便在Ⅲ阶段试验中让所有的传感器灰区都落入伤害灰区范围之内。Ⅱ阶段的传感器灰区标定不一定能百分之百满足点火时间的目标要求。
5.2.3.3 Ⅲ阶段碰撞矩阵规划
Ⅲ阶段试验的主要目的是考察正式工装产品是否与Ⅱ阶段有明显差异，是否会对传感器已经标定完的结果带来扰动，同时也要对法规要求的试验项目进行最后的验证，因此其主要由法规性能控制点试验组成。灰区边界点试验在Ⅲ阶段不再进行。
开展Ⅲ阶段实车碰撞试验的先决条件和车体状态如下：
（1）车体结构设计已经根据第Ⅰ轮试验暴露的缺陷完成了更改，碰撞波形已经稳定。
（2）大部分结构件为OTS（工装样件）状态。
（3）各种工况下的碰撞速度伤害灰区已经确定。
（4）约束系统的机械设计已经完成，起爆强度、气袋刚度、袋包外廓等设计要素已经根据伤害灰区界限点完成了系统优化，在高速碰撞保护效果与低速碰撞气囊致伤的矛盾中采取了均衡措施，在台车系统上完成了广泛的系统试验。本轮试验约束系统样件已经接近工装下线（OTS）状态。
（5）所有气囊起爆信号均来自于控制器点火算法的判断输出，不允许采用人工定时起爆。
（6）传感器灰区已经最大可能地调到了伤害灰区速度范围之内。在保证满足法规要求的前提下，有可能放弃了某些特殊关注项目的优化。
（7）本轮试验应当包括所有的法规试验和NCAP项目试验。举例如表5.24所示。
表5.24 举例
如果表5.24中所列的项目都顺利通过，应该说开发就算完成了。但是此前的工况验证量远不止于表5.19、表5.21、表5.24这些表面内容，如果全面考虑子系统状态的影响，详细的伤害灰区定义应包含表5.25所示信息，其中，1～19列是各种状态组合，20～23列是约束系统动作要求。
表5.25 伤害灰区定义
续表
要是考虑其他碰撞工况的话，这张表还要无限扩展，只是把上述重要元素都组合一遍，就需要几千行。显然，所有工况都在实车碰撞里验证是不可能的。最重要的替代验证方式是台车试验和CAE验证。
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