IIHS正面小偏置碰撞试验及发展趋势研究

汪 俊，李雪玲

（中国汽车工程研究院 汽车噪声振动和安全技术国家重点实验室，重庆 401122）

在众多的交通事故类型中，正面碰撞是发生概率最高的事故类型，且在正面碰撞中车内乘员伤亡率也很高。2012年， IIHS针对事故中出现较多的正面小重叠率碰撞的情况，发布了一项新的测试工况：正面25%偏置（又称“小偏置”）碰撞试验，并规定了碰撞车速和试验方法，旨在进一步促进车辆正面碰撞保护性能的提升[1]。该试验可较好地模拟车头一侧与其它车辆、树木或者电线杆发生碰撞的事故形态。这项测试的严苛性就体现在车辆原本吸能溃缩结构难以发挥应有的功效。

引用格式：

IIHS最初认为，车辆在路上行驶时，乘客座位不一定有人，所以一开始仅推出驾驶员侧的正面小偏置碰撞，也理解厂商努力改进驾驶侧安全结构的行为。然而，在大部分测试车型完成车辆改进且小偏置碰撞表现良好的2014年，美国仍有超过1 600人在乘客座位丧生，这也促使IIHS进一步关注乘员侧的安全情况。IIHS已于2016年修改小偏置测试规程，增加了乘员侧小偏置碰撞内容，并计划于2018年把乘员侧25%偏置碰撞测试加入到安全评级中。

1 IIHS正面小偏置碰撞试验评价方法

下文将分别介绍驾驶员侧（以下用左侧表示）和乘员侧（以下用右侧表示）正面小偏置碰撞。

1.1 碰撞试验工况

左侧小偏置碰撞：车辆以64.4 km/h 的速度、25%的重叠率（驾驶员侧）正面撞击固定刚性壁障，如图1所示。试验车辆驾驶员位置放置一个Hybrid III 50%假人，用于测量碰撞过程中驾驶员的损伤情况[2]。

右侧小偏置碰撞：车辆以64.4 km/h 的速度、25% 的重叠率（乘员侧）正面撞击固定刚性壁障，如图2所示。试验车辆驾驶员及乘员位置各放置一个Hybrid III 50%假人，用于测量碰撞过程中驾驶员及乘员的损伤情况[3]。

图1 左侧小偏置碰撞

图2 右侧小偏置碰撞

试验壁障为刚性壁障，分为驾驶员侧和乘员侧两种，结构对称。驾驶员侧的结构尺寸如图3和图4所示。根据车辆的撞击侧选择刚性壁障，并固定于车辆牵引方向上。

图3 壁障顶部和轴侧视图

图4 壁障侧面和正面视图

在安装好所有的测试设备后对车辆试验质量进行测量，车辆试验质量包括所有的测试设备和驾驶员假人。

撞击驾驶员侧时，车辆试验质量应比所测得的整备质量大125～175 kg。撞击乘员侧时，车辆试验质量应比所测得的整备质量大200～250 kg。

1.2 正面小偏置碰撞评价方法

正面小偏置碰撞评价分为假人伤害、车辆结构、约束系统与假人运动三个方面。假人伤害通过假人头部和颈部、胸部、大腿和髋部、腿部和脚部的伤害测量值来评估。单项评价和整体评价均分为优秀、良好、及格、差。

正面小偏置碰撞总体评价根据车辆结构、假人头部和颈部、胸部、大腿和髋部、腿部和脚部的伤害测量值以及约束系统与假人运动的等级计算得到，见表1。

表1 正面小偏置碰撞总体评价表

1.2.1 车辆结构评价

1.2.1.1 车辆结构（左侧）

车辆结构等级用侵入量测量值进行评定（图5），并根据乘员舱结构完整性的定性观察结果对等级进行修正（降级），测量所得偏移量单位为cm。

图5 乘员舱侵入量等级评定

所有测量点被划分为两个区域：乘员舱下部和乘员舱上部。乘员舱下部包括A柱下铰链、左侧搁脚板、左侧足板、制动踏板、驻车制动踏板和门槛；乘员舱上部包括转向管柱、A柱上铰链、上仪表板和左下方仪表板，如图6所示。

1.2.1.2 车辆结构（右侧）

所有测量点被划分为两个区域：乘员舱下部和乘员舱上部。乘员舱下部包括A柱下铰链、搁脚板、左侧足板、右侧足板、足板中心和门槛；乘员舱上部包括A柱上铰链、上仪表板中心、上仪表板、左下仪表板、右下方仪表板，如图7所示。

图6 乘员舱测量点（左侧）

图7 乘员舱测量点（右侧）

1.2.2 假人伤害值评价

假人伤害等级分为头部和颈部、胸部、大腿和髋部、腿部和脚部四个身体部位。

每个身体部位都以该部位评价指标为基础进行伤害等级评定，结果分为优秀、良好、及格和差。身体各部位评价指标的最差结果作为该部位整体评价等级。若某部位所有评价指标均为优秀，则该部位整体评价为优秀；若有一项评价指标为良好，则该部位整体评价为良好；若有一项评价指标为及格，则该部位整体评价为及格；若有一项评价指标为差，则该部位整体评价为差。大腿/臀部、腿部/脚部以左肢或右肢判定的最低等级为基础进行等级评定。

1.2.3 约束系统与假人运动评价

约束系统与假人运动评价包括正面头部保护、侧面头部保护、正面胸部保护、乘员防护和其它四个方面。具体评价方法见表2。

表2 约束系统与假人运动评价表

续表2

2 IIHS 试验结果分析

下面分别选取IIHS已开展左侧和右侧小偏置碰撞的车型，进行试验结果对比分析，并初步探讨左侧和右侧小偏置碰撞的应对措施。

表3 IIHS左侧和右侧小偏置碰撞评级对比

由表3可知，7款车型小偏置左侧碰撞测试结果均为优秀，右侧碰撞测试评级普遍下降且差异很大。其中，现代途胜两项测试均为优秀，丰田RAV4的驾驶员侧碰撞测试结果为优秀，乘员侧碰撞测试为差。

下面重点分析现代途胜和丰田RAV4这两款车型的小偏置（驾驶员侧和乘员侧）碰撞试验结果。

两款车型的小偏置碰撞试验结果对比主要从车体结构、假人伤害、约束系统与假人运动三个方面进行分析，其中假人伤害评价从头部和颈部、胸部、大腿和髋部、腿部和脚部四个方面进行评估，两个车型的详细评级结果见表4。

表4 途胜、RAV4左侧和右侧小偏置碰撞评级结果

2.1 车体结构

现代途胜和丰田RAV4的车体结构评级情况见表5。

表5 途胜、RAV4左侧和右侧小偏置碰撞车体结构评级

由表5可知，途胜和RAV4右侧碰撞的车体结构（含乘员舱上部和下部）变形均大于左侧碰撞的车体结构变形，且RAV4左右两侧碰撞产生的车体结构变形差异很大。

下面进一步分析途胜和RAV4的车体结构变形情况。

途胜左侧小偏置碰撞的车顶纵梁仅轻微变形，车辆门槛梁未明显弯曲。途胜右侧小偏置碰撞车顶纵梁下部向下弯曲扭曲，导致乘员腿部活动空间受到明显挤压。途胜的右侧碰撞与左侧碰撞相比，其车辆门槛梁变形略严重，如图8和图9所示。

图8 途胜左侧碰撞车体变形情况

通过对比发现，途胜左、右两侧车体结构强度不完全一致，右侧仪表台后移量更大，导致乘员腿部/脚部空间减少，受伤风险增加。

RAV4左侧小偏置碰撞的车顶纵梁仅轻微变形，车辆门槛梁未明显弯曲。RAV4右侧小偏置碰撞车顶纵梁下部向下弯曲且几乎折断，导致乘员腿部活动空间受到严重挤压。RAV4右侧小偏置碰撞与左侧碰撞相比，其车辆门槛梁变形更加严重，如图10和图11所示。

通过对比发现，RAV4左、右两侧车体结构强度不一致，右侧仪表台后移量更大，导致乘员腿部/脚部空间明显减少，受伤风险大大增加。

图10 RAV4左侧碰撞车体变形情况

2.2 假人伤害

现代途胜和丰田RAV4的假人伤害评级情况见表6。

表6 途胜、RAV4左侧和右侧小偏置碰撞假人伤害评级

途胜左侧和右侧小偏置碰撞时，假人头部和颈部、胸部、大腿和髋部、小腿和脚部的伤害值均为优秀。

RAV4左侧小偏置碰撞时，假人头部和颈部、胸部、大腿和髋部、腿部和脚部的伤害值均为优秀。RAV4右侧小偏置碰撞时，假人头部和颈部、胸部、大腿和髋部的伤害值均为优秀，小腿和脚部无膝部气囊保护，其胫骨指标（上部、下部）TI较大，导致其评级降为良好。

2.3 约束系统与假人运动

途胜和RAV4的约束系统与假人运动评级情况见表7。

表7 途胜、RAV4左侧和右侧小偏置碰撞约束系统与假人运动评级

途胜左侧和右侧小偏置碰撞时，正面气囊、侧气囊、侧气帘均已起爆，假人正面头部保护、侧面头部保护、正面胸部保护均为优秀，如图12和图13所示。

图12 途胜左侧碰撞假人情况

图13 途胜右侧碰撞假人情况

RAV4左侧和右侧小偏置碰撞时，正面气囊、侧面气囊、侧气帘均已起爆，假人正面头部保护、侧面头部保护、正面胸部保护均为优秀。碰撞过程中，车辆前排乘员侧车门已打开，导致约束系统与假人运动评价自动降级为差，如图14和图15所示。

图14 RAV4左侧碰撞约束系统情况

图15 RAV4右侧碰撞约束系统情况

2.4 小结

小偏置为正面碰撞典型工况，主要考察车辆在小重叠率下的碰撞吸能性。碰撞过程中避开了主要承力构件纵梁的作用，车身将产生极大的侵入量，对车辆结构和约束系统保护提出了更高的要求。下面分别从三个方面进行小结。

2.4.1 车辆结构耐撞性分析

对于车身结构来说，左侧和右侧小偏置相比以往的碰撞测试更加苛刻。由于车辆与壁障接触的面积更小，所以留给车辆缓冲和吸能的部位也就更小，而且这种碰撞的撞击点会避开用来吸能溃缩的纵梁。图16为某车型左侧小偏置试验后车辆底部照片，碰撞过程中车辆纵梁未发生明显挤压变形。在此过程中，碰撞时的能量几乎不受阻隔地直接传向乘员舱，车辆的前悬架、前车轮以及转向机构也会向后发生位移，严重时还可能侵入乘员舱对乘客造成伤害。

目前，部分企业仅改进驾驶员侧车身结构，而通过使用不同类型的材料或者增加驾驶员侧材料厚度已无法满足右侧小偏置碰撞的要求。这些车型的左、右车体结构看上去完全一样，但在碰撞结果上往往有明显的差异。

图16 左侧小偏置试验后车辆底部照片

与左侧小偏置碰撞的座椅定位（座椅前后行程的中间靠后位置）相比，右侧小偏置碰撞的座椅定位（座椅前后行程的中间位置）更靠前，导致乘员空间减少且更易受到挤压，乘员受伤的风险增大。

综上所述，右侧小偏置碰撞对测试车辆的结构耐撞性和乘员保护能力提出了新要求，企业在后续的车型开发过程中应予以充分考虑。

2.4.2 约束系统与假人运动分析

在左侧和右侧正面小偏置碰撞中，车身旋转十分剧烈，导致车辆产生较大纵向移动。碰撞中的车辆横向运动非常危险，因为它影响假人的运动表现，使假人向车外运动。此时，车内的方向盘及正面气囊向内运动（与假人的相对运动方向相反），从而导致假人头部保护不充分，且假人头部易与车门框及车内侧面的硬体结构接触。

在上述碰撞形式下要求碰撞车辆须具备三个条件：（1）有稳定的正面安全气囊作用。（2）用于侧面头部保护的安全气囊展开后前方覆盖范围应充分。（3）安全带提供正面胸部保护并防止假人前倾量过大。车辆的方向盘横向和垂直位移不能过大，同时也要防止结构件失效（座椅固定点失效、车门打开或分离）导致约束系统与假人运动等级自动降级为差。

全面优化约束系统（正面气囊、侧面气囊、侧气帘、安全带之间相互配合），促使其对假人的保护作用最大化。对于安全带而言，要提前保证乘员的坐姿正确，以确保气囊能对乘员起保护作用。侧面气帘的点爆要及时且展开充分，能够提供足够的保护区域，以确保乘员头部不与车内硬体结构接触。而RAV4右侧小偏置碰撞时，其约束系统方面得到“差”评价等级的原因是车门打开，导致约束系统与假人运动评估自动降级。

2.4.3 假人伤害分析

通过分析碰撞结果可知，在左侧和右侧正面小偏置碰撞中，假人头颈部、胸部的伤害值通常可满足“优秀”等级要求，而假人腿部的伤害值则受到车身结构侵入的影响较大，常常因伤害值增大而评级下降。

3 结论

由上述分析可知，在左侧和右侧正面小偏置碰撞中，需要正面气囊、侧面气囊、侧气帘、膝部气囊（如有）相互配合使用，才能对乘员起到更好的保护作用。而在车体结构和假人伤害值方面，需进一步提升车辆结构强度，保证其结构完整性，同时有效控制侵入量。

参考文献（References）：

[1] 郑祖丹，吴斌，于峰，等. IIHS正面小重叠率碰撞评价方法研究[J]. 上海汽车，2013(11)：11-15.ZHENG Zudan，WU Bin，YU Feng，et al. Study on the Evaluation Method of IIHS Small Overlap Frontal Crash[J]. Shanghai Auto，2013(11)：11-15.(in Chinese）

[2]Small Overlap Program Protocol and Rating Guidelines，Insurance Institute for Highway Safety [Z]. Ruckersville VA：IIHS，2012.

[3]Small Overlap Frontal Crash-worthness Evaluation Crash Test Protocol(Version IV)[Z]. Ruckersville VA：IIHS，2016.