与客车设计有关的几个FMVSS法规

黄宇太， 吕小刚

(江西凯马百路佳客车有限公司， 南昌 330013)

美国客车市场潜力巨大，随着我国客车工业飞速发展，当前有很多企业将客车销售到了美国。美国汽车法规体系非常完善，其中客车设计主要依据FMVSS体系。该法规主要以保障安全为主，是汽车进入美国市场的准入门槛。FMVSS对整车和零部件都提出了要求，即都要符合DOT认证。客车设计初期选型时，应选择符合DOT认证的零部件，这是前提。本文主要从客车整车设计的角度介绍几个主要FMVSS法规的特点，所引用的均为2017年10月1日的版本。

1 FMVSS 103和SAE J381—2009风挡除霜除雾系统

针对乘用车除霜除雾性能，FMVSS 103[1]引用了SAE J902—2011[2]标准，后者详细规定了试验方法。针对客车除霜除雾系统，FMVSS 103并没有作强制要求,只要求车辆配有除霜除雾系统即可。针对美国部分州在冬天存在极寒天气的情况，美国客车行业在惯例上一般依据SAE J381—2009[3]来进行除霜测试(暂未检索到关于客车除雾系统的SAE标准)，该法规规定了客车除霜系统测试方法和性能要求。在法规日趋严格的情况下，不排除后续FMVSS 103也引用SAE J381—2009对客车除霜性能作强制要求的可能，因此对于客车风挡除霜除雾，将SAE J381—2009作为设计依据是合理且必要的。

SAE J381—2009针对客车除霜系统的测试流程简述如下：先将待测车辆提前放入-18 ℃±1 ℃的冷库中预备4 h；按照0.05 mL/cm2的标准往前挡玻璃上喷水来制造结冰层；喷完水后启动发动机，将水温升至65 ℃±3 ℃(注意发动机暖机过程必须保证在喷水后30～40 min内完成)；测试开始，将除霜机开至最大，温度调至最高，计时器计时为零，开始计时；用照相机每隔5 min拍下前挡玻璃的除霜情况；计时器计时为30 min时，测试结束。整个测试过程中(含预热阶段)记录除霜机进出水温度、冷库温度以及出风温度，得到如图1所示的曲线，该曲线可以很好地反映试验过程。

图1 除霜过程相关物理量的温度变化曲线

该试验主要从3个方面评判测试结果：

1) 针对单片式前挡玻璃,A区、C区的除霜面积应分别达到80%和99%；针对多片式前挡玻璃，A区和C区的除霜面积应分别达到65%和84%。在SAE J381—2009中，首先定义了4个与SAE眼椭圆相切的平面：与车辆纵向中心面垂直并与水平面呈一定夹角的上下两平面；与水平面垂直并与车辆纵向中心平面呈一定夹角的左右两平面。根据设定的夹角值，以上4平面与前挡玻璃相交形成的区域，定义了A区和C区。其中A区的左右平面与车辆纵向平面的左右夹角分别为18°、65°，上下平面与水平面的上下夹角分别为7°、14°；C区的左右夹角分别为18°、25°，上下夹角分别为1°、11°。如图2所示。

2) 针对驾驶员窗玻璃除霜，假如驾驶员需要通过驾驶员窗玻璃看后视镜，应使驾驶员能够看到FMVSS 111规定的后视镜面最小面积,针对客车，最小可视面积为323 cm2且必须为平面镜部分。

3) 在Y-Y线之前的侧面玻璃，表面至少要有70%的霜能够被除干净。关于SAE J381—2009中 Y-Y线的定义如图2所示。

图2 SAE J381—2009中若干定义

为提高除霜效率，现阶段大客车也有用电加热玻璃来替代或者辅助传统的吹风式除霜系统的，但需要解决钨丝嵌入玻璃后导致视野受影响的问题和整个除霜系统的可靠性问题。

国内适用于乘用车的GB 11555—2009[4]与SAE J381—2009类似，其定义了A、A′、B 3个区域考察除霜效果；适用于M3类车辆除霜系统的标准只有JT/T 216—2006[5]，该标准与SAE J381—2009存在很大不同。JT/T 216—2006采用左右雨刮片运动覆盖区域面积作为除霜考察区域，试验时可以开动车辆用自然风吹玻璃，其要求明显比SAE J381—2009低。国内客车设计人员多为按经验进行设计，通常针对我国北方和南方地区设定不同的工艺和技术标准。本文推荐国内客车也可以参照SAE J381—2009进行设计和测试。

2 FMVSS 121气制动系统

FMVSS中有多个法规分别对制动系统的部分零部件和整个系统提出了要求。如FMVSS 106[6]是针对制动软管和接头的标准，在整车制动系统设计时，应选取符合FMVSS 106要求的软管接头，这是前提。FMVSS 121[7]与国标GB 12676—2014[8]类似，是针对整个制动系统的标准，它的部分指标要比国标更严格，而且FMVSS 121非常关注关键零部件的性能和系统的静态测试。关键零部件主要有空压机、储气筒、气压表、制动开关、ABS系统、制动器等。设计制动系统时应进行必要的校核和匹配计算(如空压机排量、储气筒容积等)，相关的文献有很多，本文不赘述。

静态测试的难点是制动作用时间和释放时间，要求每个制动气室满足以下要求：

1) 在对应储气筒压力为100 psi (0.689 MPa)时，从踩下制动踏板至其制动气室内部气压达到60 psi(0.414 MPa)的时间小于0.45 s。 而GB 12676—2014规定制动时从开始促动控制装置至最不利的车轴上的制动力达到相应的规定制动效能(制动气室压力达到稳态最大压力的75%，约为0.5～0.6 MPa)所经历的时间不应超过0.6 s，如果加上促动时间则不应超过0.8 s。可见，GB 12676—2014相对于FMVSS 121要求更低。

2) 在制动气室初始压力为95 psi(0.655 MPa)时，从松开制动踏板至其制动气室内部气压降为5 psi(0.034 MPa)的时间小于0.55 s。GB 12676—2014对释放时间则没有要求。

FMVSS 121要求车辆上的所有制动器都需要测试，并不定义最不利的制动气室，并且在ABS起效和失效状态下要分别测试。为保证能通过FMVSS 121制动反应时间测试，储气筒的布置应合理，应尽量靠近车桥；前后轴均应采用继动阀并靠近车桥；制动管路的布置应平顺，尽量减少拐弯。为保证能通过释放时间测试，快放阀的位置也应尽量靠近车桥。前轴气室的释放时间要满足要求，对制动总泵的要求就很高了。在实践中，有时甚至需要牺牲制动总泵消声器的部分消声性能来满足释放时间的要求。

FMVSS 121规定，动态试验应按一定顺序来进行，针对客车，其规定有满载和轻载两种状态，并且对路面摩擦系数进行了规定。另外，FMVSS 121动态制动测试中考核的指标比国标少，但制动距离和制动稳定性比国标严格。比如满载行车制动测试中，要求在60 mph(96.6 km/h)的初速下，在摩擦系数为0.9的路面上制动距离少于85.4 m；而根据国标按此初速计算出来的制动距离要求为86.6 m。

GB 12676—2014的评价指标通常为：制动距离、制动减速度、控制力和稳定性等，没有轻载这个状态，也没有对摩擦系数进行明确规定。

3 FMVSS 217紧急出口和窗户的保持与释放

FMVSS 217[9]规定位于侧围的紧急出口只能用外推式应急窗，而不能通过击碎玻璃的形式。国内最新的GB 7258—2017[10]中规定车长大于7 m的公路客车、旅游客车和未设置乘客站立区的公共汽车也应配置外推式应急窗。对其提出具体要求的国内标准为QC/T 1030—2016[11]，其内容与FMVSS 217类似，但仍有很多不同，主要不同之处如下：

关于外推窗的释放，FMVSS 217对外推窗的开启机构及其开启力的规定更为详尽。比如，其规定，如果采用了旋转式开启的锁止手柄(国内最常见的形式)，无论锁止机构位于高施力区还是低施力区，都不能大于90 N。而QC/T 1030—2016标准则没有类似要求。在试验中发现，国内旋转式开启的外推窗解锁把手的开启力偏大，普遍在150 N以上。为了能够通过开启力的测试，通常需要将把手做得更长一些。另外不同于国标的是，安全窗打开以后， FMVSS 217允许用手推住玻璃，不需要气弹簧顶住，只要推力不大于270 N即可。开启角度大小只要允许长轴50 cm、短轴33 cm的椭圆绕其短轴旋转360°形成的椭圆体在其长轴处于水平位置时通过即可。QC/T 1030—2016标准要求外推窗开启后能保持在满足一定通过性的开启位置并且有提示报警音。这就要求外推窗带有气弹簧撑杆装置以及电子报警装置。

在国内找到的外推窗供应商，大多只生产符合QC/T 1030—2016的外推窗。如果将这种外推窗直接安装到出口美国的客车上，是不符合FMVSS 217要求的。

关于外推窗的保持，FMVSS 217与QC/T 1030—2016两者的测试要求基本相同，故本文不讨论。

与国标GB 13094—2017[12]类似， FMVSS 217也对整车逃生窗洞口总面积有要求，一般不小于座位数(含驾驶员)乘以432 cm2，单侧不小于总要求面积的40%。在计算总面积时，单片窗户面积不能超过3 458 cm2。据此计算，美国市场常见的41座到57座的客车均需在每侧各安装至少3个外推窗才能满足要求。国内标准则要求外推窗提供的最大出口能够内接一定尺寸的长方形即算一个出口，总出口数量符合要求即可。

4 结束语

本文基于实际试验情况，介绍了美国FMVSS系列中与客车整车设计关系较大的几个主要法规的特点，着重讲述了不同于国标并容易导致试验失败的部分，需要在设计时给予充分考虑。 另外，FMVSS 207&210[13-14]座椅系统以及安全带的锚固相关内容也需要重点关注，其相关文献较多，本文不再讨论。