碰撞试验中车辆横向偏移的研究

王铮，王明，张厚钧（华晨汽车工程研究院，辽宁 沈阳 110141）

碰撞试验中车辆横向偏移的研究

王铮，王明，张厚钧
（华晨汽车工程研究院，辽宁 沈阳 110141）

在碰撞试验时，国家安全法规与C-NCAP都有明确的车辆偏移精度要求，精度可由硬件约束改进，如使用两个小车前后约束，但在现有设备条件下，如何测量及调试更为重要。文章讨论了测量偏移的方法及分析可能造成偏移的原因，并明确了解决方案。

碰撞试验；偏移测量；偏移分析；偏移控制；牵引小车

10.16638/j.cnki.1671-7988.2015.12.033

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

引言

碰撞试验的车辆偏移是关键指标，C-NCAP管理规则中有明确规定，正面40%重叠可变形壁障碰撞试验中，偏置碰撞车辆与可变形壁障重叠宽度应在40%车宽±20mm的范围内。也就是试验车辆到达壁障的路线在横向任一方向偏离理论轨迹均不得超过20mm，这是C-NCAP管理规则中对试验车辆偏移的最高要求。因此，如何减小和控制偏移范围以及准确测量不同试验的试验车辆偏移量的方法关系着试验的成败。在现有设备条件下，通过大量的实践和数据分析证明，应用合理的测量方法、优化的设备使用，准确测量偏移量和减小偏移范围是有效可行的。

1、现象描述及研究意义

以某试验室要进行正面40%偏置碰撞试验为例。

图1　试验简易流程图

试验后车辆的行驶轨迹无论做的再好都会与理论轨迹有一定误差，而这个误差极为重要。

研究这一误差的意义是：

1）正确认识误差的性质，分析误差产生的原因，以消除或减小误差。

2）正确组织试验过程，合理改进试验设备和方法，以便在最经济的条件下得到理想的结果。

2、准确测量试验偏移量的方法分析

要想了解和控制偏移量需能准确的测量。

2.1试验偏差测量方法

2.1.1方法一：压纸标记法

试验车辆在碰撞壁前对正时（为调高速摄像机）将白色A4纸横贴于地面左前车轮路径上，使碰撞时左前轮刚好压过，左后轮不能压到的位置。推动已对正车辆，使左前轮在纸上压过留下印记。车辆返回发车间后，在原来的 A4纸位置上再对齐覆盖一张新纸。试验时车辆左前轮再次在新纸上留下印记，横向撕掉一半上层的纸，测量接缝处上下先后印记的偏差即为近似碰撞车辆轨迹偏移量。

图2　压纸标记法示意图

2.1.2方法二：水彩标记法

试验车辆发车前标记保险杠，用两条纸胶带以目标中心线对称，间隔约两毫米贴好，居中涂抹水彩。要求水彩颜色与蜂窝铝及车辆有明显反差，涂抹后，同时揭掉两条纸胶带，中间即为一条与目标线高度重合的水彩线。做某些试验如正面40%重叠可变形壁障碰撞试验时，需左右间隔20mm各做一条颜色不同的标记线，以防止车辆右偏无印记。

图3　水彩标记法示意图

2.1.3方法三：螺钉标记法

根据不同的试验，在车辆或碰撞壁障上的中心线或标志线上固定一个螺钉，螺钉钉尖朝外。注意在选定螺钉位置时要根据车辆或壁障的高度，保证其在有效范围内。

图4　螺钉标记法示意图

2.1.4方法四：底盘摄像比对法

在条件允许的情况下，在底盘上做好黑黄条标记，通过录像对比可以粗略判断偏差。

图5　底盘摄像比对法

2.2测偏方法的应用对比

压纸标记法的测量精度一般，使用范围广，几乎所有试验均可采用。但有时车辆反弹再次压过纸面，导致不够清晰误差较大。

水彩标记法测量精度较好，适用范围一般，但与标记人的操作关系较大，受试验时间和水彩风干特性影响很大，有不清楚的可能。部分试验偏差过大，如正面40%重叠可变形壁障碰撞试验。

螺钉标记法测量精度最高，使用范围一般。

底盘摄像比对法测量精度低，能判断偏差是否满足法规要求，在设备允许的情况下均可使用。

通常为了更好的测量试验偏差，应同时使用两种方法，保证数据的可靠性。

3、车辆偏离原因分析和改善

3.1前期数据比对

对前期试验车辆偏移分析，车辆偏移量较大，且正面100%重叠刚性壁障碰撞试验车辆偏移离散程度大于正面40%重叠可变形壁障碰撞试验车辆偏移离散。

图6　正面100%重叠刚性壁障碰撞试验车辆偏移离散图

图7　正面40%重叠可变形壁障碰撞试验车辆偏移离散图

3.2结构分析

由前期数据比对得知偏置试验较为准确，其中一定有需要探究的变量。首先我们对整个牵引系统的结构设计施工等进行了分析。

图8　原因分析鱼骨图

归结为轨道精度、牵引小车晃动量、挂车金属链长度、摄像地坑盖板平整度及车辆脱钩位置等。而正碰与偏置碰不同的就是相对脱钩位置，偏置碰撞壁障与脱钩的距离更近。按鱼骨图逐项分析结论如下：

A：轨道精度在设备验收时已经测量，偏差应为±2mm。牵引小车晃动量经测量左右空间可动范围±2.5mm范围内。对车辆偏移影响不大，是不可调整的次要原因。

B：挂车金属链长度经过多次试验比对，发现小车和副车架连接的金属链越短稳定性越好，以前使用的金属链过长是偏移量过多的主要原因之一。

C：摄像地坑盖板平整度对车辆偏移不大，因为每次试验前都会检查其是否平整、晃动，即时调整，因此并不是主要原因。

D：脱钩位置是决定车辆以预定速度自由行程的开端，经试验分析得出如下结论：

a：车辆脱离时的偏移量；b：车辆前轴与脱钩点水平距离；c：实际车辆的偏移量；d：脱钩点与碰撞壁障的距离：

因此我们对金属链长度优化并将地坑大盖板切割分离，并脱钩向前移动两米。

图9　脱钩改进示意图

3.3调正方法分析

对车辆四轮定位精度以及车辆对正的方法等作了对比分析。试验车辆必须附有四轮定位报告，四轮定位后不应经过激烈驾驶，否则应重新定位。车辆对正时过程中，通过滑板使车辆前后中心线与轨道中心对齐，左右晃动调整方向盘，使其尽量对中，向前推行十米，测量车辆前后中心偏移。反复多次直至车辆偏移量稳定在一个较小的值。在金属链和小车晃动量很好的前提下，此方法导致的实际偏移量会小于这个值。

3.4更改后偏移数据分析

从更改后的试验数据可以看出车辆偏移的离散程度优于更改前，偏移的数值均可满足试验要求。

图10　正面100%重叠刚性壁障碰撞试验车辆偏移离散图（更改前后对比）

图11　正面40%重叠可变形壁障碰撞试验车辆偏移离散图（更改前后对比）

4、结论

试验的误差是由多方面累积造成的。遇到问题时，通过鱼骨图逐一排查，找到问题的关键因素，可以逐步改进，达到目的。由于试验数据的局限和分析的不全面，并比一定适用于所有的偏移问题。

致谢

感谢华晨技术总监董家袤先生对本文的鼓励与悉心指导！

[1] C-NCAP管理规则,中国汽车技术研究中心,2015.

[2] GB11551-2014.汽车正面碰撞的乘员保护[M].北京:国家标准出版社,2014.

[3] GB20071-2006.汽车侧面碰撞的乘员保护[M].北京:国家标准出版社,2006.

[4]商恩义.汽车碰撞试验中跑偏问题浅谈[J].机床与液压,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

王铮，就职于华晨汽车工程研究院。