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汽车被动安全测试技术发展现状及发展趋势分析

2021-09-22 19:46:06·  来源：郝烨 电动学堂  
　
文章来源：中国汽车技术研究中心有限公司0引言随着我国经济的不断发展，汽车作为现代化交通工具越来越普及，汽车保有量逐年攀升。车辆的增加也促使交通事故增多
文章来源：中国汽车技术研究中心有限公司

0引言
随着我国经济的不断发展，汽车作为现代化交通工具越来越普及，汽车保有量逐年攀升。车辆的增加也促使交通事故增多，因此汽车安全性问题越来越受到人们的关注。汽车安全分为主动安全(ActiveSafetySystem)与被动安全(PassiveSafetySysterns)。

事故发生后被动安全技术起主要作用，而被动安全技术的发展离不开被动安全测试技术。被动安全测试技术是用来对被动安全开发技术进行检测的技术，能够验证车辆开发的被动安全技术有效性。
本文系统的分析了现阶段汽车被动安全测试技术的发展现状，同时基于发展现状分析了未来被动安全测试技术的布局重点，对个别重点内容进行了具体的前瞻性研究。
1汽车被动安全测试技术发展现状
随着被动安全技术的快速发展，围绕着被动安全测试规范形成了诸多的被动安全测试技术。现阶段针对汽车被动安全测试技术，主要分为实车碰撞测试技术、滑台及零部件测试技术。
1.1实车碰撞测试技术
实车碰撞技术是根据实际的交通事故碰撞类型演变产生，主要包括车对车碰撞测试、车与移动壁障碰撞测试、车与固定壁障碰撞测试。
（1）车对车碰撞测试
车对车碰撞测试大部分是带角度和不带角度的小偏置测试，碰撞中两车的重叠率不同，冲击力的传递途径也不同，吸能零部件的变形也不同，直接影响了碰撞的结果。相对于车对障碍物碰撞试验而言，在车对车碰撞中，碰撞能量的吸收与分散情况比车对材质均匀的障碍物碰撞更加复杂，对硬度不均匀的车辆结构和零件碰撞吸能提出了更苛刻的要求。因此车对车碰撞测试更加严格，更能体现出车辆真实的安全性水平，如图1所示。

（2）车与移动壁障碰撞的测试
车与移动壁障碰撞的测试是现在许多测试技术发展得重点方向，如图2所示。

移动壁障种类主要包括侧碰移动壁障、后碰移动壁障、正面碰撞移动壁障。侧碰移动避障碰撞测试，主要是运用可变形的移动壁障撞击车辆的侧面，考察碰撞后车辆侧面结构及约束系统是否能够有效保护乘员；后碰移动壁障测试主要是考察车辆碰撞后油箱是否漏油、车辆前机舱蓄电池是否移动，该项测试对乘员考核内容较少；正面移动壁障碰撞测试发展出MPDB测试方式，MPDB工况与车辆实际发生事故时的场景更相似，更具备对车辆乘员保护的指导意义，运用实车撞击相同速度运行的可变形移动壁障，此种方式不仅考虑车辆自身的安全还考虑对方车辆乘员的安全性。
（3）车与固定壁障碰撞的测试
车与固定壁障碰撞测试包括种类繁多，主要有车与正面刚性墙碰撞测试，车与30度角倾斜壁障碰撞测试，车与40%偏置蜂窝铝碰撞测试，车辆与正面圆柱碰撞测试，车辆与钻入壁障碰撞测试，测试场景如图3所示。这些碰撞类型的核心为测试车辆对车内乘员的保护。其中现阶段比较重要的项目是ODB偏置碰撞试验，该项试验也是中国新车评价规程（C-
NCAP）中的重要测试内容。

1.2滑台及零部件测试技术
由于实车试验最大的弊端就是试验周期长、费用高、风险大，所以滑台及零部件测试技术的发展有效的弥补了实车碰撞试验的这一缺陷，成为约束系统及汽车配件开发的不可缺少的手段，对于降低整车企业成本，提高车辆安全技术有着重要的意义。
现阶段滑台试验测试主要包括约束系统匹配测试和假人鞭打安全测试。约束系统匹配测试指的是安全带、安全气囊、座椅等安全设备在发生碰撞后，通过行车电脑ECU的控制，互相配合，检测能否有效减轻乘员的伤害。假人鞭打测试是测试座椅安全性的一种重要测试方式，主要应对的是追尾测试场景。在鞭打测试中并没有使用整车碰撞，而是采用该测试车的座椅结构，并安装于滑槽上，测试假人按照标准位置坐在座椅上，通过已知的追尾加速度-时间数据结合测试台模拟，最后获取颈部传感器的数据，进行鞭打危险性判定。
零部件测试技术与滑台测试技术用到的设备相似，但测试更多的是集中在非约束系统，主要包括转向冲击测试技术、仪表板冲击测试技术、座椅固定点冲击测试技术、头枕靠背角冲击测试技术、行李箱冲击测试技术、安全玻璃测试技术、门锁和门铰链强度测试技术。
2汽车被动安全先进测试评价技术发展趋势
未来汽车测评技术将会更加完善，全面覆盖汽车主被动安全性能测试能力，形成覆盖“碰撞前预警-碰撞中防护-碰撞后救援”全技术链的软硬件测试能力，打造车内乘员和车外乘员一体化安全防护测评体系。建立碰撞相容性测评体系、主被动安全融合技术研究，建立面向企业车型性能开发的数据挖掘与应用能力。具体的未来测评技术发展趋势主要有以下几方面：
（1）针对主被动安全技术发展，进行主被动安全融合测试技术研究。依据主动系统介入交通事故中的乘员伤害，开发整体式安全测试场景。构建面向多产品、多工况、多体位乘员碰撞伤害评测矩阵，形成完整测评能力。开展主被动安全碰撞测试自主认证和国家标准的制定，引导主被动安全产品的研发和制造，推动主被动安全结合技术的进一步发展。
（2）汽车车身及自适应约束系统安全性能测试能力。汽车行人保护、乘用车、商用车车身及驾驶室安全测评能力，深入研究主动弹起式发动机罩性能机理与测评方法，开展适合中国工况的汽车对车外人员的碰撞保护测评方法研究。
（3）使用虚拟测评技术，随着有限元技术的快速发展，在CAE技术得到人们认可的同时也降低了测试成本。被动安全越来越多的碰撞测试场景可以用CAE技术复现，准确程度也达到了比较高的水平，未来虚拟测评也是测试技术发展的前沿方向。
（4）新能源汽车被动安全测试技术的研究，特别是针对新能源汽车的结构特点和社会关注的痛点问题，如电池包受异物冲击后引发的安全问题，氢燃料电池电动车碰撞测试技术研究，通过对测试设备、方法和流程的优化，实现对新能源汽车的碰撞安全测试和评价。
（5）开展碰撞相容性在中国的特征化技术研究；进行代表平均车型刚度的中国蜂窝铝开发；制定符合我国实际工况的车辆碰撞相容性能评价体系。
3汽车被动安全先进测试评价技术前瞻性研究
3.1碰撞相容性测试评价研究
我国现在施行的法规和标准规范主要是评价车辆自身的保护性能，并没有对对方车辆的攻击性进行评判，设计的产品考虑并不全面。另一方面现阶段国内碰撞相容性可移动变形壁障也是依据欧美车辆参数制定设计的，与中国车辆的实际工况并不相符，所以需要设计出符合中国国情的可移动变形壁障，并将移动壁障运用到实际的试验测试中。
国外的MPDB（正面可变形移动壁障测试）测试工况不能全面的覆盖车辆碰撞相容性测试场景，因此需要研究更加全面的碰撞相容性工况。MPDB与FWDB（正面全宽可变形的壁障测试）两种测试方式相结合可以替代法规中的全宽正碰和40%偏置碰撞试验，有效分析出车辆本身的吸能状态及各部分的受力情况，从而反推出车辆对于其他车辆的攻击性，更加全面的分析车辆碰撞相容性，如图4所示。

3.2虚拟仿真测试评价方法研究
随着计算机计算能力的提升，以及有限元假人工具、有限元求解器可靠性的提升，有限元仿真会逐步应用到车辆的测试评价中，形成虚拟测评技术。虚拟测试评价相对物理试验测评，具有时间短，节约成本的特点。同时运用有肌肉响应的假人来辅助物理试验进行测试评价，测试场景更加智能逼真化，如图5所示。
未来虚拟测评主要从多样化乘员体征、乘员坐姿及带肌肉响应的乘员碰撞损伤方面发展研究。多样化乘员体征与乘员坐姿虚拟测评是指通过构建多样化乘员体征有限元模型，将模型运用到虚拟场景的测试中，基于有限元方式进行测试评价。由于实体假人本身生物逼真度的局限不能反映肌肉响应，而虚拟测评技术引入了假人肌肉响应，可以更加有效的对乘员的碰撞损伤进行评价。

3.3新能源汽车被动安全测试评价研究
近几年，新能源汽车销量逐年上涨，与传统汽车相比，其对于安全性能的要求更加严格。一般的新能源汽车包括高压电系统或储氢系统兼高压电系统，和传统的内燃机汽车相比动力上有很大区别，其安全问题也与内燃机汽车大不相同。研究新能源汽车被动安全测试评价技术已逐步成为重点，未来主要关注新能源汽车托底测试、燃料电池碰撞氢泄露测试等。
新能源汽车拖底工况测试是指汽车底盘在行驶中碰到地面或者地面突出物可能发生托底的情况，对于新能源汽车来说托底工况易造成电池损伤，严重时会起火爆炸，对人体造成危害，所以需要建立标准工况对新能源汽车进行安全测试。
氢燃料电池汽车主要以氢气为燃料，氢气与生俱来的易燃易爆特性决定了氢燃料电池汽车在碰撞安全性方面比传统汽车有更高要求。氢燃料电池汽车碰撞试验既包含了传统燃油汽车和电动汽车的试验考察内容，即乘员保护和电安全，又具有燃料电池汽车特有的考察内容，即氢燃料电池系统碰撞后的完整性，燃料车碰撞场景如图6所示。

4结束语
本文通过对汽车被动安全技术发展的现状及趋势进行分析，主要得出以下结论：
（1）通过对汽车被动安全测试技术现状及未来测试评价技术的发展趋势的分析，未来测试评价技术的布局重点主要包括主被动安全一体化、汽车自适应约束系统、碰撞相容性、新能源汽车及虚拟测评技术等。
（2）结合未来测试技术的发展趋势，针对汽车被动安全测试进行前瞻性研究：碰撞相容性测试中的MPDB+FWDB测试方式能够更加全面的评价车辆的攻击性与防御性；虚拟仿真测试评价技术将会逐渐融合到现有测评技术中，缩短测试周期，增加人体多样化测试场景；新能源汽车的拖底试验与氢气泄露也将逐渐成为测试重点。
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