N1类车对乘员保护情况的研究

杜志豪,胡经国，朱晓勇, 李小宁，丁冉冉

(中汽研汽车检验中心(宁波)有限公司,浙江宁波 315336)

0 引言

汽车安全标准的持续推出大大促进了我国汽车碰撞安全技术的发展，而由于汽车安全技术的发展和进步，车辆正面碰撞中车辆的耐撞性和乘员保护能力有了显著的改善和提高。但是仍有正碰事故造成较大的伤害。就目前而言，正面碰撞大多为100%刚性壁障碰撞和40%可变性壁障碰撞[1]。相关统计资料表明，国内正面碰撞发生的概率接近50%[2]。

国内对汽车被动安全的研究起步相对比较晚，主要是参照欧洲ECE系列相关标准法规制定和执行[3]。其中正面碰撞的现行标准是GB 11551-2014《汽车正面碰撞的乘员保护》。GB 11551-2014《汽车正面碰撞的乘员保护》相较GB 11551-2003《乘用车正面碰撞的乘员保护》的一个重要变化是试验范围不再仅限于M1类汽车，而是扩展为最大设计总质量不大于2 500 kg的N1类汽车，以及多用途货车。这体现了国家标准或市场对载货汽车对乘员保护的重视，同时对消费者具有重要的参考意义。但是正面碰撞后假人性能指标并不完全相同： M1类有6项7个性能指标，但N1类只有3项4个性能指标。

但实际的碰撞事故中，并不因乘员乘坐了N1类车后就会减少对乘员的伤害，所以考察N1类车在假人性能评价指标方面，按照M1类车的标准评价会有什么样的结果是非常有必要的。

本文作者将以31次N1类车的正面碰撞试验数据为基础，并加入了M1类车的3项考察指标进行分析。

1 试验方法

GB 11551-2014《汽车正面碰撞的乘员保护》中：M1类有6项，包括头部性能与头合成加速度、颈部伤害指标、颈部对Y轴弯矩、胸部压缩指标、胸部黏性指标和大腿压缩力指标，其中3项N1类不予考核，分别是颈部伤害指标、颈部对Y轴弯矩和胸部黏性指标。

汽车被动安全的研究方法主要有试验法和仿真分析法。试验法是通过直接模拟汽车或零部件在碰撞事故中的表现来进行研究，优点是客观、直接、可靠性高[4]。近年来作者进行了多次N1类车型的碰撞试验。在按照GB 11551-2014 《汽车正面碰撞的乘员保护》中的对N1类车的相关规定进行N1类车的正面碰撞试验同时，作者也采集了试验假人的颈部伤害指标、颈部对Y轴弯矩和胸部黏性指标。该3项性能指标不纳入N1类汽车正面碰撞对乘员保护的考核中，但是属于M1类汽车正面碰撞对乘员的保护的考核性能指标。

GB 11551-2014《汽车正面碰撞的乘员保护》中，对于处于前排外侧座位的假人，其性能指标应符合下列要求[5]：(1)头部性能指标(HPC)不应大于1 000，并且头部合成加速度大于80g的时间，累计不应超过3 ms，但不包括头部反弹；(2)颈部伤害指标(NIC)不应大于其限值曲线；(3)颈部对Y轴弯矩在伸张方向应不大于57 N·m；(4)胸部压缩指标(ThCC)应不大于75 mm；(5)胸部黏性指标(V·C)应不大于1.0 m/s；(6)大腿压缩力指标(FFC)应不高于其性能指标曲线。

其中对于N1类车以及多用途货车，第(2)(3)(5)的规定不做要求。本文作者以N1类车的试验为基础，将第(2)(3)(5)的规定纳入要求，即以M1类车的指标考察N1类车的情况。

2 数据研究方法

虽然M1类车和N1类车假人性能指标的考察项不同，但可以用M1的性能指标来考察N1类车的情况。即以N1类车的试验为基础，将上述第(2)、(3)、(5)的规定纳入要求，以M1类车的指标考察N1类车对乘员的保护情况。

作者对近年来进行的31次N1类车的正面碰撞数据进行分析。按照当前标准中对N1类的假人指标进行评判，其中有17次试验中的所有数据都达标，达标率为54.8%。如果按照M1类车对假人指标进行评判，只有9次达标，达标率为29.0%。如果仅考虑N1已经达标的情况，满足N1类车指标的17次试验，有9次能满足M1类车的指标要求，达标率为52.9%，换言之，有近一半合格的N1类车辆无法达到M1类车辆对假人性能指标的要求。

图1给出了所有的31次试验中，M1类车的7个性能指标(头部性能指标HPC与头部3 ms加速度分开评估)的不合格次数与N1类车的4个考察项目的不合格次数。可以发现，不属于N1类车但属于M1类车考核指标的颈部NIC(Fz)、颈部Y轴伸张和胸部黏性指标3项指标均有超标的情况。其中，颈部Y轴伸张超标次数最多，在所有的N1类车评价合格但M1类车评价不合格次数(14次)中占了11次。

图1 31次N1类车不同考核标准不合格次数统计

由于第(1)(3)(4)(5)4项性能指标为静态值(即该项指标的要求上限值是一个固定不变的数值)，即考察项只需满足数值要求即可，方便进行直观展示，故作者先观察该4项的结果。

图2—图6分别给出了31次试验中4项性能指标的结果分布，包括假人头部3 ms加速度数值、假人头部性能指标HPC、颈部Y轴弯矩、胸部压缩指标、胸部黏性指标。

图2给出了31次试验中假人头部3 ms加速度数值的情况， GB 11551-2014 《汽车正面碰撞的乘员保护》中规定不得超过80g。驾驶员有10次超标，前排乘员有5次超标，其中有4次是驾驶员和前排乘员同时超标。在所有的超标数据中，最差的一个数据加速度数值甚至达到了标准要求上限值的2倍。由于该数据是M1类车辆和N1类车辆的共同考察指标，该指标不达标则该车型不达标，要求相同，故这里不做赘述。

图3给出了31次试验中假人头部性能指标HPC的情况。GB 11551-2014 《汽车正面碰撞的乘员保护》中规定头部性能指标HPC不得超过1 000。其计算方法为

其中：a为头部合成加速度，用g来表示(1g=9.81 m/s2)；如果能够确定头部起始接触时刻，那么t1和t2为两个时刻(以s为单位)，表示头部接触起点与记录结束两个时刻之间的某一段时间间隔，在该时间间隔内HPC值应为最大；如果不能确定头部起始接触时刻，那么t1和t2为两个时刻(以s为单位)，表示记录开始与记录结束两个时刻之间的某一段时间间隔，在该时间间隔内HPC值应为最大；t1-t2≤36 ms。

图3 假人头部性能指标

从该项数据的表现看，驾驶员超标4次，前排乘员超标6次，其中驾驶员和前排乘员同时超标2次。该指标同样是M1类车和N1类车共同考察项，这里对该项结果不做赘述。

图4给出了31次试验中假人颈部Y轴弯矩的情况。GB 11551-2014 《汽车正面碰撞的乘员保护》中规定颈部Y轴弯矩不得超过57 N·m。该项指标仅用来考核M1类车，不考核N1类车。该项指标驾驶员超标次数略多于前排乘员的超标次数。同时，驾驶员和前排乘员的超标很多时候是同时出现的。具体不合格情况如下：驾驶员超标9次，前排乘员超标6次，驾驶员和前排乘员同时超标5次。由于该项是仅对M1类车有要求，对N1车不做要求。如果只看N1类车已经合格的试验(17次)，也有5次不合格(2次单驾驶员不合格，3次驾驶员和前排乘员同时不合格)，占比将近1/3；上述17次符合N1类车要求但不符合M1类车要求的次数为8，占比超过1/2。也就是说颈部Y轴弯矩超标是导致(合格的)N1类车不符合M1类车标准的重要原因。

图4 假人颈部Y轴弯矩

图5给出了31次试验中假人胸部压缩指标的情况。GB 11551-2014 《汽车正面碰撞的乘员保护》中规定胸部压缩指标不得超过75 mm。该项指标是M1类车和N1类车的共同考察项。由图5可以看出，所有的31次试验中，都在标准要求的上限范围内。总的来说，该项指标31个N1类车样本表现良好。

图5 假人胸部压缩指标

图6给出了31次试验中假人胸部黏性指标的情况。GB 11551-2014 《汽车正面碰撞的乘员保护》中规定胸部黏性指标不得超过1.0 m/s。该项指标是仅考核M1类车，不考核N1类车。该项数据上，驾驶员4次超标，前排乘员没有出现超标现象。符合N1类车要求的样车中，有2次该项数据不合格。

图6 假人胸部黏性指标

如前所述，31次试验中，有17次是合格的(即满足N1类车的要求)，其中，这17次合格中有9次也满足M1类车的要求，有8次不满足M1类车的要求，不满足的指标见表1。可以看到，颈部伤害指标NIC超标2次，颈部Y轴伸张超标5次(其中3次驾驶员和前排乘员同时超标，该3次中有1次颈部伤害指标NIC也超标)，胸部黏性指标超标2次。

表1 符合N1类车要求但不符合M1类车要求的样品情况

注：表头中加粗为M1类车考察项但非N1类车考察项，有“×”标记说明该指标不合格。

也就是说，颈部伤害超标是合格的N1类车不满足M1类车指标要求的主要原因(75%)，其中Y轴超标又是主要原因(62.5%)。

3 结论

N1类车只要符合GB 11551-2014 《汽车正面碰撞的乘员保护》中对N1类车的要求即可进入市场。但实际上，在车祸中，M1类车和N1类车承受的伤害是等价的，如果区分开M1类和N1类车的考核标准，就会在实际事故中减弱N1类车对乘员的保护作用，增加乘员受伤害的可能。作者希望相关部门在GB 11551的后续修订中，可以适当增强对N1类车的考核标准，尤其是颈部Y轴弯矩的考核。