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翻滚试验的简要分析介绍

2022-04-13 23:17:38·  来源：上汽安全与CAE技术  
　
1 翻滚试验的历史1938年，如今奥迪公司的前身，当时叫“汽车联盟”品牌的一位工程师将一辆自家产的DKW F7从山坡上推下来测试它的抗撞击能力，虽然经过多次翻滚，

1  翻滚试验的历史


1938年，如今奥迪公司的前身，当时叫“汽车联盟”品牌的一位工程师将一辆自家产的DKW F7从山坡上推下来测试它的抗撞击能力，虽然经过多次翻滚，但这辆车的车身状态依然保持得较完整，发动机也能正常运转，DKW F7的产品力得到了极大的验证。这次开创性的测试即便在当时汽车工业发达的德国也引起了很大震动，奥迪DKW F7也因此名声在外，多家公司纷纷跟进这片广阔的新天地。于是，这次翻滚被认为是汽车安全试验的开山之作。在那个年代的汽车安全系统十分简单粗糙：硬金属制的仪表板、轮盘、车身突出的按钮以及杆刚性非常高，此外安全带也没有配备，因此即使是速度很低的碰撞，乘客也会因为惯性被甩出去或者因为轻微撞击致命。据说世界上第一位车祸事故的死者，就是被甩出车外死亡的，加上车身不可变形、没有溃缩区，碰撞的力量直接被传到乘客身上。当时汽车公司对车祸发生后的反馈是：无法幸存！虽然现在我们看当时的翻滚试验觉得有一些可笑，但在那个技术不那么发达的年代，这个还不失为一个粗暴但有效的办法。甚至直到70年初期，从坡上直接推下去的翻滚测试还是苏联测试卡车安全的一个必选项。

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图1 翻滚试验的典型装置

2  翻滚保护有多重要，又有多稀缺？


从国内的具体细分市场来看，中国品牌轿车、SUV和MPV市场占有率相比上年同期市场增长，其中SUV、MPV在市场中占了很大比重。国内车辆数量激增，车辆事故发生率大大增加，交通事故中最主要的是正面碰撞、侧面碰撞和追尾碰撞，翻滚事故占比很小。但根据美国国家高速公路交通安全管理局往年统计，SUV翻滚事故虽然只占车祸总量的2.4%，但死亡人数却占到交通事故死亡人数的30%。据中国最大的深度事故数据库CIDAS显示，在造成人员伤亡的交通事故中，涉及翻滚事故的比例达19.5%，从伤亡程度看，翻滚事故受伤率55.6%，死亡率10.9%，远高于正面、侧面、追尾等情况。同时，我国的翻滚事故还具有群死群伤的重大事故特征。因此研究翻滚事故安全性以及降低翻滚试验中的损伤具有重要的经济性和社会性意义。然而到目前为止，由于汽车行业内翻滚保护测试还不是强制性法规，加上该系统开发难度较大、成本较高，翻滚保护系统的完整测试方法、法规在国内都还是一片空白。

3  翻滚试验的类型和相关指标


翻滚是指汽车绕其纵轴或横轴旋转90°或90°以上的运动，基本可以分为汽车绕自身纵轴旋转翻滚和汽车绕自身纵轴翻滚两大类[1]。车辆翻滚是由许多非稳态因素造成的，比如车轮侧面接触障碍物、爆胎、一侧车轮接触坡状物、爬上或越过固定物、高速转弯、通过陡坡、与固定物相撞、与车辆相撞。由此，汽车的翻滚事故也被分为多种状态，拌翻、抛翻、转翻、坠翻、弹翻、空翻等，如图2所示。根据相关统计，翻滚事故中占比最大的是绊翻，其次是坠翻。翻滚事故研究的主要内容就是绊翻，绊翻可被分为碰撞和非碰撞两个阶段，非碰撞阶段是从汽车失控开始到车顶接触到地面的过程，碰撞阶段是车顶接触到地面之后的过程。绊翻事故中碰撞阶段开始时汽车和乘员的初始动态对最终乘员损伤的程度有着直接的影响，而这些初始动态又是由非碰撞阶段中汽车和乘员的动态决定的。翻滚碰撞中汽车怎么翻转、转多少圈、变形程度等动态响应效果主要受到6个汽车初始参数的影响，包括三个状态参数（偏转角度、倾斜角度、旋转角度）和三个运动参数[1]。

在美国与翻滚相关的法规中，FMWSS-208是唯一涉及乘用车的整车翻滚试验碰撞试验法规，该工况中乘员运动剧烈，侧向加速度和角加速度振幅较大，主要用于车辆结构（乘员逃生空间）、乘员动态分析、约束系统工作状态的评价。该试验主要关注的性能指标包括车顶变形量、侧梁/B柱侵入量、车内零件脱落、约束系统效用这几个方面。

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图2  翻滚事故的不同状态

4  总结与展望


目前出于汽车测试评价需要以及汽车结构与约束系统开发需要，USNCAP/IIHS主流整机厂均进行翻滚试验进行验证评价。国内对于这处的空白也仍然需要填补，由于国内外的道路交通布局、车型保有量以及驾驶员安全意识等方面存在明显差异，需要通过分析中国汽车翻滚事故形态特征，针对翻滚安全优化车体结构以及配置及约束系统参数，建立推动制定适合中国环境的汽车翻滚安全性评价方法、形成相关标准规程，继而通过分析中国汽车翻滚事故乘员伤害特征，研究减少乘员伤害的技术手段，才能推动汽车翻滚安全性技术发展与应用，从而达到提升汽车翻滚安全性和减少道路交通事故伤害的目的。

参考文献


[1]汽车翻滚安全性研究及实验概览.曹立波，颜凌凌.[J].汽车工程学报,2012(4):235-242.

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