孙海洋，郝赓，谢忠繁，杨康特，裴元津

(中国汽车技术研究中心有限公司，天津 300300)

0 引言

现实生活中，车辆交通事故类型是复杂多样的，其中车辆翻滚事故更为复杂的[1]。因此，对车辆翻滚工况的测试，是考量车辆安全的重点因素。在车辆翻滚工况的安全测试中，美标FMVSS 226是一项考察车内乘员抛出缓冲的测试项目，其重点在于评价车辆侧向翻滚时，车内乘员头部抛出至侧面车窗外的危险程度[1-2]。

标准中规定的冲击器是一个刚性全程导向的直线冲击头型，冲击头型由一个无特征的铝制人头模型，质量为(18±0.05)kg，并且覆盖11.4 mm厚的头部皮肤组成[2]。试验中冲击器以一定的速度冲击指定目标点，考察车辆对冲击器抛出的保护程度。

1 试验流程

1.1 试验车辆准备阶段

在车辆进行试验前首先应该检查车辆的初始状态，如：车辆各液位是否处于最高位置，车辆随车工具及备胎是否齐全，车辆是否处于整车的整备质量的空载状态，车辆轮胎胎压，车辆整备质量以及车辆各轮重与前轴后轴轴荷。车辆部分内饰件可能会影响到头型冲击器的行进路线，所以在试验开始前应拆除妨碍头型冲击器进入车辆侧窗目标区域的部件，如方向盘、转向管柱、中控扶手和座椅等。随后将车辆放置于进行试验的区域，试验区域应为水平平面(如铁地板、铁平台等)。调整车辆放置方向将车辆调整至垂直于设备的状态，可以使用激光仪等设备辅助调整车辆与设备垂直的方向。冲击试验点的标记与车辆姿态有着密切的关系，而车辆姿态与车辆悬架高度密切相关，故在开始车辆标记前应调整悬架，在车辆四角上下移动5次以调整悬架，然后在车辆左右分别测量并记录门槛角度，在车辆前后测量并记录翻转角度。同时，试验中保持车辆门槛角/翻转角在记录值±0.5°范围内。

1.2 冲击试验点目标位置确认

在车辆准备工作完毕后，可以开始进行车辆冲击试验点的标记工作。在车辆标记试验点开始时，首先应该确认车辆侧面透光口。在车辆一侧放置画线仪器，使画线仪器平行于车辆纵向平面，调整画线仪器方向严格平行于车辆的X、Y、Z3个轴向，以确保标记侧面透光口的准确性。画线杆通过侧面透光口边缘所点的水平垂直车辆纵向垂面，并相切于车辆车窗开口的周边，将侧面采光口的周边每个点横向投影到车辆纵向垂直面上，形成一圈轨迹线，即为侧面透光口。将这些投影点以(25±2)mm的间隔向侧面采光口投影点构成的轨迹线的几何中心移动。每个点的移动方向垂直于该点相应投影点的切线，所有点在车辆纵向垂面构成25 mm的偏离线。

确定侧面透光口后方可开始试验冲击点的确定。每个侧面透光口都划分为4份，2个初级试验目标点(A1,A4,B2,B3)，2个二级试验目标点(A2,A3,B1,B4)。如图1所示。

图1 试验目标位置

对于车窗大小分为4个类型:(1)正常车窗;(2)较小车窗;(3)更小车窗;(4)扁平车窗。对于正常车窗，2个初级试验目标点首先放置在两斜对角位置，头型轮廓线与采光口偏移线相切。2个二级试验目标点位于2个初级试验目标点水平方向上的等分点处，头型轮廓线分别于偏离线上端和下端接触，如图2所示。

图2 正常车窗

对于尺寸较小的车窗，2个初级试验目标点距离太近，如果试验目标点A2、A3之间水平距离小于135 mm，且试验目标点A2、A3垂直距离小于170 mm时，去除二级试验目标点A3。如果试验目标点A4、A2(上一步试验目标点A3已去除)之间水平距离小于135 mm且试验目标点A4、A2垂直距离小于170 mm时去除试验目标点A2(图3(a))。如果两个初级试验目标点之间的距离大于360 mm时，在两个初级试验目标点A1、A4连线中点放置一个二级试验目标点A5(图3(b))。如果试验目标点A1、A4之间水平距离小于135 mm，且试验目标点A1、A4之间垂直距离小于170 mm时去除试验目标点A4。

图3 较小尺寸车窗

对于更小尺寸车窗(图4)，无论是水平放置还是垂直放置都会导致头型轮廓线与偏离线相交，则可以5°为增量，自由转动头型以适应车窗，布置在25 mm偏离线内，然后布置试验目标点尽可能在侧面透光口的几何中心。

图4 更小尺寸车窗

对于扁平车窗，当垂直方向放置冲击头型时可能由于车窗的Z向尺寸限制无法布置4个试验目标点，这时可以水平方向放置冲击头型，确定试验目标点，如图5所示[3]。按照水平方向放置冲击头型确定试验目标点的选取与正常车窗、较小车窗、更小车窗的方式相同。

图5 扁平车窗

1.3 冲击设备摩擦特性和静态挠度

摩擦特性：试验前需要对冲击器的性能检查，从初始位置开始计算，将头型冲击器拉出至400 mm或大于400 mm处位置，在头型后安装板小于50 mm位置挂装(100±5)kg配重。沿轴向后以(50±13)mm/s速度推动200 mm，以100 Hz频率采集力值，前25 mm不计入采数，重复5次，取平均值[4]。

照此方法，以90°偏转为一次，共计5次，分别进行上述步骤测量。取其最大值计算摩擦因数，得出摩擦因数结果应不大于0.25.

静态挠度：将冲击器拉出至400 mm或大于400 mm处位置，在距离头型后安装背板小于5 mm位置处纵向垂面上施加(981±5)N的力，约等于100 kg。测量头型下坠偏移量，然后以90°偏转为一次分别进行上述步骤，共计4次，偏移量应小于20 mm为符合要求。

1.4 试验目标点冲击

标准中要求试验环境温度在18～29 ℃，湿度在10%～70%。车辆需拆除方向盘、转向管柱、座椅、车门扶手、后视镜等影响头型冲击路径的整车零部件，为了不影响试验，车辆的另一侧不参加测试车门或任何掀背或尾门都可以拆卸，以提供足够的空间为弹射机构进行定位并且为头型冲击过程中提供足够的空间路径。

确定零位移平面：将冲击器探出到车辆内部，向车窗慢慢移动冲击器直到与玻璃车窗内部接触，接触压力不能超过20 N。头型最外表面最初与玻璃车窗接触的平面为零位移平面。冲击器圆筒外侧有两个固定栓插孔，将冲击器探出圆筒外，并且将插栓固定到第二个插孔位置冲击器的发射时刻，头型的冲击方向X、Y、Z三轴的角度必须保证在±1°的范围内，如果试验目标位置如图4所示的要求进行角度调整，试验应按旋转增量进行调节。试验前，确定头型冲击方向X、Y、Z三轴的发射方向的角度确保在±1°的范围内，如图6所示。

图6 试验冲击器

确定试验类型：如车辆无抛出缓冲装置(即侧气囊)，冲击器将以(20±0.5)km/h的速度冲击试验目标点。如车辆有抛出缓冲装置(即侧气囊)，试验将分为高速试验和低速试验两种工况。

高速试验：车门玻璃需完全降下或移除。冲击器对准试验目标点，在倾翻中抛出缓冲装置激活后(1.5±0.1)s接触到抛出缓冲装置，冲击速度为(20±0.5)km/h。

低速试验：车门玻璃完全下降或移除。冲击器对准试验目标点，在倾翻中抛出缓冲装置激活后(6.0±0.1)s接触到抛出缓冲装置，冲击速度为(16±0.5)km/h。

1.5 玻璃预破碎

在冲击测试之前，覆盖冲击位置的玻璃应当被打开，拆卸或者预先击碎，处理方式由制造商选择。若厂家决定采用预破碎的方式，则进行下面试验步骤。

使用三坐标测量仪，找出侧窗的平面几何中心：由于试验对车辆侧窗进行横向冲击，可以将侧窗投影到纵向(X-Z)平面进行确定几何中心，利用三坐标测量仪测量侧窗X、Z的坐标值并拟合，计算出几何中心。

在侧面安置划线仪，利用水平激光对齐内表面几何中心，要求几何中心在网格点附近2 mm内，标记该水平线，而后向上下两侧移动激光，得到竖直位移(75±2)mm等距水平线，一直到第一道激光离开侧窗；之后利用竖直激光，从几何中心水平移动等距(37.5±2)mm，并标记得到的等距网格点。

使用设备加载一个(150±25)N自动冲击，冲头直径为(5±2)mm，,冲击从网格内表面的玻璃最低和最前的试验点开始。调整冲头方向，在垂直于窗口表面10°以内的方向上向试验点中心施加冲击力。在玻璃的另一侧放置一个100 mm×100 mm×18 mm木块，作为对冲床的反作用面，冲击完成后，需要继续击打网格，下一个网格点为同一行紧接着的后一个网格点，当到达一行的末尾时，移动到下一行最前面的洞。如果冲击导致玻璃破裂，则停止破碎程序，并进行下一步头部冲击试验。内表面网格打孔完成后，外表面重复此过程。

2 结束语

FMVSS 226是模拟车辆翻滚事故中，车辆对车内乘员被抛出的缓冲保护情况，而由于我国现阶段缺乏相关的法规与标准，在此方向的研究并不深入，因此此项试验对广大国内车辆工程师尚处于早期的探究起步阶段，国内有能力开展此方面研究的机构数量较少。文中对标准试验进行详细解析，在车辆标记与冲击试验两大内容上进行了详细解构，旨在帮助相关从业人员理解该测试项目并积极开展此方面研究，一道提升我国车辆安全水平。