王錚，王明，張厚鈞（華晨汽車工程研究院，遼寧 沈陽 110141）

碰撞試驗中車輛橫向偏移的研究

王錚，王明，張厚鈞
（華晨汽車工程研究院，遼寧 沈陽 110141）

在碰撞試驗時，國家安全法規(guī)與C-NCAP都有明確的車輛偏移精度要求，精度可由硬件約束改進(jìn)，如使用兩個小車前后約束，但在現(xiàn)有設(shè)備條件下，如何測量及調(diào)試更為重要。文章討論了測量偏移的方法及分析可能造成偏移的原因，并明確了解決方案。

碰撞試驗；偏移測量；偏移分析；偏移控制；牽引小車

10.16638/j.cnki.1671-7988.2015.12.033

CLC NO.: U467.1Document Code: AArticle ID: 1671-7988(2015)12-91-03

引言

碰撞試驗的車輛偏移是關(guān)鍵指標(biāo)，C-NCAP管理規(guī)則中有明確規(guī)定，正面40%重疊可變形壁障碰撞試驗中，偏置碰撞車輛與可變形壁障重疊寬度應(yīng)在40%車寬±20mm的范圍內(nèi)。也就是試驗車輛到達(dá)壁障的路線在橫向任一方向偏離理論軌跡均不得超過20mm，這是C-NCAP管理規(guī)則中對試驗車輛偏移的最高要求。因此，如何減小和控制偏移范圍以及準(zhǔn)確測量不同試驗的試驗車輛偏移量的方法關(guān)系著試驗的成敗。在現(xiàn)有設(shè)備條件下，通過大量的實踐和數(shù)據(jù)分析證明，應(yīng)用合理的測量方法、優(yōu)化的設(shè)備使用，準(zhǔn)確測量偏移量和減小偏移范圍是有效可行的。

1、現(xiàn)象描述及研究意義

以某試驗室要進(jìn)行正面40%偏置碰撞試驗為例。

圖1　試驗簡易流程圖

試驗后車輛的行駛軌跡無論做的再好都會與理論軌跡有一定誤差，而這個誤差極為重要。

研究這一誤差的意義是：

1）正確認(rèn)識誤差的性質(zhì)，分析誤差產(chǎn)生的原因，以消除或減小誤差。

2）正確組織試驗過程，合理改進(jìn)試驗設(shè)備和方法，以便在最經(jīng)濟(jì)的條件下得到理想的結(jié)果。

2、準(zhǔn)確測量試驗偏移量的方法分析

要想了解和控制偏移量需能準(zhǔn)確的測量。

2.1試驗偏差測量方法

2.1.1方法一：壓紙標(biāo)記法

試驗車輛在碰撞壁前對正時（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，使碰撞時左前輪剛好壓過，左后輪不能壓到的位置。推動已對正車輛，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紙位置上再對齊覆蓋一張新紙。試驗時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量。

圖2　壓紙標(biāo)記法示意圖

2.1.2方法二：水彩標(biāo)記法

試驗車輛發(fā)車前標(biāo)記保險杠，用兩條紙膠帶以目標(biāo)中心線對稱，間隔約兩毫米貼好，居中涂抹水彩。要求水彩顏色與蜂窩鋁及車輛有明顯反差，涂抹后，同時揭掉兩條紙膠帶，中間即為一條與目標(biāo)線高度重合的水彩線。做某些試驗如正面40%重疊可變形壁障碰撞試驗時，需左右間隔20mm各做一條顏色不同的標(biāo)記線，以防止車輛右偏無印記。

圖3　水彩標(biāo)記法示意圖

2.1.3方法三：螺釘標(biāo)記法

根據(jù)不同的試驗，在車輛或碰撞壁障上的中心線或標(biāo)志線上固定一個螺釘，螺釘釘尖朝外。注意在選定螺釘位置時要根據(jù)車輛或壁障的高度，保證其在有效范圍內(nèi)。

圖4　螺釘標(biāo)記法示意圖

2.1.4方法四：底盤攝像比對法

在條件允許的情況下，在底盤上做好黑黃條標(biāo)記，通過錄像對比可以粗略判斷偏差。

圖5　底盤攝像比對法

2.2測偏方法的應(yīng)用對比

壓紙標(biāo)記法的測量精度一般，使用范圍廣，幾乎所有試驗均可采用。但有時車輛反彈再次壓過紙面，導(dǎo)致不夠清晰誤差較大。

水彩標(biāo)記法測量精度較好，適用范圍一般，但與標(biāo)記人的操作關(guān)系較大，受試驗時間和水彩風(fēng)干特性影響很大，有不清楚的可能。部分試驗偏差過大，如正面40%重疊可變形壁障碰撞試驗。

螺釘標(biāo)記法測量精度最高，使用范圍一般。

底盤攝像比對法測量精度低，能判斷偏差是否滿足法規(guī)要求，在設(shè)備允許的情況下均可使用。

通常為了更好的測量試驗偏差，應(yīng)同時使用兩種方法，保證數(shù)據(jù)的可靠性。

3、車輛偏離原因分析和改善

3.1前期數(shù)據(jù)比對

對前期試驗車輛偏移分析，車輛偏移量較大，且正面100%重疊剛性壁障碰撞試驗車輛偏移離散程度大于正面40%重疊可變形壁障碰撞試驗車輛偏移離散。

圖6　正面100%重疊剛性壁障碰撞試驗車輛偏移離散圖

圖7　正面40%重疊可變形壁障碰撞試驗車輛偏移離散圖

3.2結(jié)構(gòu)分析

由前期數(shù)據(jù)比對得知偏置試驗較為準(zhǔn)確，其中一定有需要探究的變量。首先我們對整個牽引系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計施工等進(jìn)行了分析。

圖8　原因分析魚骨圖

歸結(jié)為軌道精度、牽引小車晃動量、掛車金屬鏈長度、攝像地坑蓋板平整度及車輛脫鉤位置等。而正碰與偏置碰不同的就是相對脫鉤位置，偏置碰撞壁障與脫鉤的距離更近。按魚骨圖逐項分析結(jié)論如下：

A：軌道精度在設(shè)備驗收時已經(jīng)測量，偏差應(yīng)為±2mm。牽引小車晃動量經(jīng)測量左右空間可動范圍±2.5mm范圍內(nèi)。對車輛偏移影響不大，是不可調(diào)整的次要原因。

B：掛車金屬鏈長度經(jīng)過多次試驗比對，發(fā)現(xiàn)小車和副車架連接的金屬鏈越短穩(wěn)定性越好，以前使用的金屬鏈過長是偏移量過多的主要原因之一。

C：攝像地坑蓋板平整度對車輛偏移不大，因為每次試驗前都會檢查其是否平整、晃動，即時調(diào)整，因此并不是主要原因。

D：脫鉤位置是決定車輛以預(yù)定速度自由行程的開端，經(jīng)試驗分析得出如下結(jié)論：

a：車輛脫離時的偏移量；b：車輛前軸與脫鉤點水平距離；c：實際車輛的偏移量；d：脫鉤點與碰撞壁障的距離：

因此我們對金屬鏈長度優(yōu)化并將地坑大蓋板切割分離，并脫鉤向前移動兩米。

圖9　脫鉤改進(jìn)示意圖

3.3調(diào)正方法分析

對車輛四輪定位精度以及車輛對正的方法等作了對比分析。試驗車輛必須附有四輪定位報告，四輪定位后不應(yīng)經(jīng)過激烈駕駛，否則應(yīng)重新定位。車輛對正時過程中，通過滑板使車輛前后中心線與軌道中心對齊，左右晃動調(diào)整方向盤，使其盡量對中，向前推行十米，測量車輛前后中心偏移。反復(fù)多次直至車輛偏移量穩(wěn)定在一個較小的值。在金屬鏈和小車晃動量很好的前提下，此方法導(dǎo)致的實際偏移量會小于這個值。

3.4更改后偏移數(shù)據(jù)分析

從更改后的試驗數(shù)據(jù)可以看出車輛偏移的離散程度優(yōu)于更改前，偏移的數(shù)值均可滿足試驗要求。

圖10　正面100%重疊剛性壁障碰撞試驗車輛偏移離散圖（更改前后對比）

圖11　正面40%重疊可變形壁障碰撞試驗車輛偏移離散圖（更改前后對比）

4、結(jié)論

試驗的誤差是由多方面累積造成的。遇到問題時，通過魚骨圖逐一排查，找到問題的關(guān)鍵因素，可以逐步改進(jìn)，達(dá)到目的。由于試驗數(shù)據(jù)的局限和分析的不全面，并比一定適用于所有的偏移問題。

致謝

感謝華晨技術(shù)總監(jiān)董家袤先生對本文的鼓勵與悉心指導(dǎo)！

[1] C-NCAP管理規(guī)則,中國汽車技術(shù)研究中心,2015.

[2] GB11551-2014.汽車正面碰撞的乘員保護(hù)[M].北京:國家標(biāo)準(zhǔn)出版社,2014.

[3] GB20071-2006.汽車側(cè)面碰撞的乘員保護(hù)[M].北京:國家標(biāo)準(zhǔn)出版社,2006.

[4]商恩義.汽車碰撞試驗中跑偏問題淺談[J].機(jī)床與液壓,2005.

The Study of the Position Offset in a Frontal Impact Testing

Wang Zheng, Wang Ming, Zhang Houjun
( Brilliance Auto R&D Center, Liaoning Shenyang 110141 )

The impact or contact position in a frontal impact testing has strict requirement specified by the testing protocol for both government legal and C-NCAP tests. The accuracy of the impact position can be enhanced by hardware upgrade, e.g. Using two towing guide devices on both front and rear of the vehicle.However, under the condition of existing equipment, how to measure and adjust the accuracy of the equipment becomes a major task. This article discusses the methods of offset measurement and itsroot-cause.A resolving solution is verified and provided.

crash testing; frontal impact; offset measurement; offset analysis; towing device

U467.1

A

1671-7988（2015）12-91-03

王錚，就職于華晨汽車工程研究院。