【名企实验室】揭秘泛亚实验室汽车安全试验

由于汽车研发实验室中有大量需要保密的新车信息，所以长久以来很少对外界敞开大门，即使是对于我们这些专业汽车媒体从业人员来说，也带有一丝神秘色彩。在我看来，如果将车辆赋予生命的话，那么设计和研发阶段就好像从根本上决定其形态的基因的组建过程。那么究竟是哪些“基因”决定了整车最终的安全性，这些“基因组”又是如何组建的？诸如此类的问题还有很多，我们将会在泛亚车辆安全实验室中寻找答案，同时也将首次揭秘系统及整车安全的研发和验证过程。

对于泛亚汽车技术中心有限公司（以下简称‘泛亚’），想必有很多人对其有一定了解，在国内的设计研发领域，泛亚称得上是先行者之一。由于其合资背景，泛亚研发的产品不仅仅针对中国市场，同时也会承担着面向国际市场的产品的研发，这一点在我们后面的内容中也会有所体现。总之，对于这次泛亚之行我十分期待。但是……



★ 安全实验室，首先要了解的……

泛亚车辆安全实验室于2009年3月正式投入使用，是当时投资规模最大、最具国际先进水准的整车安全研发中心之一，其中包括三个部分：子系统安全实验室、台车安全实验室以及整车安全实验室，而这三个实验室中进行的实验内容在车辆研发以及验证的过程中是循环进行的，直到达到最终设定的标准为止。这次我们将按照部件级→系统级→整车级的顺序，分别揭秘这三个实验室。



● 子系统安全实验室

★ 这里是做什么的？
子系统安全试验室主要进行行人保护、车身结构、静态气囊点爆、转向机构/内饰件的测试及开发工作。它配备有行人冲击模拟试验系统、侧门静态挤压与车顶压溃试验机、座椅/安全带固定点强度试验机、安全气囊静态点爆系统和方向盘刚度/强度试验机等设备。子系统安全试验室还是国内第一个具备全套的行人保护试验模块的试验机构。

★ 安全气囊的历练
大家都知道，安全气囊在关键的时候可以挽救人的生命，但不是所有的安全气囊都是安全的！有些安全气囊的性能不符合标准，不能按照要求及时点爆，还有些安全气囊与内饰不相匹配，会将内饰材料炸裂，造成对车内成员的二次伤害。这些因素使得气囊都需要在静态点爆实验室进行点爆验证。



泛亚目前依据通用全球统一的GMW标准，使用高低温舱设备对安全气囊进行零下30摄氏度、常温以及85摄氏度下的静态点爆实验，基本上覆盖了这个星球上人类可以居住的极寒到极热的特殊工况。





★ 为座椅加装座套是否会影响到座椅侧安全气囊的弹出？
据泛亚工程师介绍，为配备有侧气囊的座椅加装座套，会从一定程度上会影响到侧气囊的弹出。因为原厂座椅会有为气囊弹出而设置的切割线，而如果加装了十分结实牢靠的皮质座套，很有可能在需要时侧气囊无法顺利弹出，也就不能发挥其保护作用了。另外，作为安全提示，工程师不建议在仪表台处放置香水等杂物，尤其是在气囊盖的部位。一旦气囊弹出时，这些物品会随之弹向乘员，造成伤害。



★ 大家好才是真的好——行人保护同样重要！
在行人保护实验区中，泛亚对所有车型按照我国2011年起开始实施的《汽车对行人碰撞保护标准》进行车辆的行人保护开发与实验，此标准参考GTR9（行人保护全球技术法规）制定。泛亚试验室所采用的设备与通用北美研发中心的设备相同。





★ 保护行人，更需要主动出击
在行人安全保护实验区，我们还发现了主动式行人保护发动机盖使用的铰链，可以在遇到行人撞击时点爆，弹出的撑杆可以抬高发动机盖，增大缓冲的空间，减小对于行人的伤害。该铰链的发射信号来自于安全气囊计算机。



★ 对于安全气囊的考验还没有结束……
通过头部发射装置，还可以进行安全气帘的耐冲击性能测试。实验中，通过工装将安全气帘部件固定在头部发射器前端，使用发射器将头部模型发射出去，同时将安全气帘点爆，以测试安全气帘是否可以经受住头部的冲击并可以对头部进行有效的保护。



★ 在这里可以解答一个问题——为什么有些量产车与它的概念车差别很大？
排除市场和决策者的偏好因素，行人保护可以算是在车辆量产过程中对外观影响最大的原因。很多概念车上我们喜欢的犀利而拉风的造型，对于行人的保护是十分不利的，在这时候，往往就需要适当修改外观的设计，以提高行人保护的水平。



★ 当设计师的美学追求与工程师的技术要求发生冲突时怎么办？
当然，现在一般不会发生激烈的决斗，但冲突与争论还是有可能的。其实，在通常情况下，工程方面会提早介入到车型的设计过程中，在车型设计之初便向设计师提出工程方面的要求，特别是吸能和溃缩空间的要求，设计师会按照这些需求，结合自己的创意来设计车辆的外观。车辆设计好后，结合CAE仿真模拟和实验来进行验证，通过不断地调整和改进，直到最终定型。

当遇到必需要保留的设计，如家族化设计时，工程师也会想办法进行一些细节上的微调，比如溃缩、吸能结构等，以保证在维持原有设计的情况下满足车辆安全及行人保护的要求。



● 台车安全实验室

★ 什么叫做台车？
一般人对于台车实验应该比较陌生，通俗地讲，台车就是一个带有内饰的车壳子，加上一个可以高速移动的底座，可以通过加速和减速模拟车辆撞击的效果来检验束缚系统车辆对乘员的保护。




★ 90g是什么概念？
F1车手在极限情况下承受的加速度为4g，而优秀的战斗机飞行员最大可以承受9g。延伸到碰撞过程中，由于车辆会在一瞬间由高速降至低速，甚至是静止，通过简单的计算我们可以知道，由运动至静止的时间越短，车辆和乘员受到的加速度就会越大。这也就是车辆需要设置吸能结构的原因，通过延长速度变化的时间，来降低车辆减速时乘员受到的加速度。



★ 不是有碰撞试验么？为什么还要进行台车实验？
由于撞击的过程不可逆，而且成本较高，所以在开发过程中不可能进行大量的整车撞击实验。因此，厂家在车内座椅、仪表台、安全气囊等成员约束系统等涉及到车内乘员安全的部件的开发和选择过程中，首先要通过CAE计算机仿真模拟，然后选择几种效果较好的方案通过台车进行大量的验证实验。这样既可以获得更加还原真实的模拟数据，又可以节约大量资金和资源。

★ 台车实验是怎样进行的？
在进行过CAE仿真整车撞击试验后，得到车辆在撞击时的运动变形曲线数据，将数据输入实验控制计算机，并通过气缸对台车进行弹射，台车的运动就可以极高地还原整车碰撞时的工况。台车的车身由被实验车型的外壳（主要是乘员舱部分）加强而得来，内部与被测车型无异。与整车碰撞实验相同，台车中同样有假人进行数据的探测。



泛亚的台车安全试验室主要进行正面、侧面台车碰撞模拟，为安全带、座椅和气囊等乘员约束系统的开发提供试验支持。它也是国内第一个具备正面俯仰碰撞试验模拟功能的试验室，其俯仰功能可以保证试验效果更加接近于真实道路上的实车碰撞。



目前，泛亚已开发出可以模拟车辆在撞击时产生俯仰的台车系统，以及模拟完成侧面碰撞、侧面安全气囊等部件动态冲击试验的台车系统。由于后者正在申请国家专利，所以没有能够进行拍摄。随着台车系统的不断完善，泛亚将可以独立进行更多车型更多项目的安全开发和验证。



通过使用台车测试系统，可以大大降低安全试验的成本，并且由于可以多次反复进行试验，可以使工程师通过多次调试来达到最佳的安全保护效果。台车实验通常位于整车实验之前，但在真实的车辆开发过程中，通常会遵循CAE计算机仿真——台车实验——整车试验这样的顺序循环进行系统的开发和验证。

● 整车安全实验室

如上文所说，整车碰撞安全实验通常是车辆安全系统开发的最后一个验证环节。泛亚的整车安全试验室配备有符合中国、美国、欧洲等全球主流车辆安全法规要求的各种试验壁障车辆，能够承担各种形式的单车、双车的正撞、侧撞和柱碰，以及模拟卡车追尾等碰撞试验，涵盖了全球主流车辆安全法规的试验内容。




★ 小知识：什么是Lux？
Lux是光照度的单位，中文音译为勒克斯，也可写为lx 。被光均匀照射的物体，在1平方米面积上所得的光通量是1流明时，它的照度是1Lux。




★ 避障车也有大学问！
按照相关规定，IIHS的侧面碰撞测试采用了3300磅（约1497kg）的物体以31mph（约50km/h）的时速从驾驶员侧撞击被测车辆。由于在北美SUV (专区)和皮卡盛行，IIHS决定将NHTSA（美国高速公路交通安全管理局）所使用的移动壁障高度提高，从而提高了撞击高度，以模拟车辆被SUV或皮卡撞击时情况。




另外，按照国内相关法规规定，在碰撞试验中壁障车与被测车辆不允许发生二次碰撞，所以在移动壁障车上都安装有两套刹车系统，并且有专门为刹车系统设计的液压制动机构。在撞击的瞬间，移动壁障车前部的传感器会发射信号，壁障车将自动进行刹车制动。



★ 泛亚工程师理解的安全是怎样的？
与普通车友在低速碰撞时以车受到的损伤来判断安全性不同，车辆安全工程师首要考虑的是在高速碰撞时人的安全，而目前车辆安全的定义已经扩展到不仅仅保护车内的成员，还要保护车外的行人，甚至被撞车辆上成员的安全。判断一辆车的乘员保护安全性，首先要看碰撞后车辆乘员舱是否完整。在最理想的稳定状态下，撞击后的车辆A柱、门框等部位应该保持完好，没有来自外部的坚硬物体侵入驾驶舱，车门可以顺利打开。这样的车身结构，再搭配合理的约束系统，才可以在真实路面上的交通事故中受到相对较小的威胁。

★ 很多碰撞测试，如C-NCAP对于A柱的损伤并没有明确地减分，是否说明A柱的变形在碰撞中并不重要？
泛亚工程师认为，虽然存在安全测试中A柱变形依然可以获得高分的情况，但这种变形是不可控的，是整车结构不稳定的表现。因为实际路面碰撞的形式多种多样，很可能会出现由于A柱不能保证稳定而造成溃缩所带来的危险，只有能保证实验中的稳定表现，才有可能在实际事故中保证安全。



★ IIHS正面25%小重叠面碰撞测试即将来到中国？
我们之前报道过IIHS的正面25%小重叠面碰撞测试，这项最新同样也最严格的的测试规则令很多大牌车型“颜面扫地”，如今，很多厂商在开发新车架构的时候已经把这一项碰撞测试考虑进去。由于将要进行北美车型的开发，泛亚车辆安全实验室已经确定将引入IIHS的正面25%小重叠面碰撞测试项目，未来与北美车型相同平台的国产车型在理论上也会具有同样的安全实力。

● 假人的秘密

在我们揭秘安全实验室的过程中，要去拜访一批特殊的工作人员，他们身价不菲，但任劳任怨，以实验室为家；他们虽不能说话，却可以将很多重要信息传递给我们。你知道我说的就是假人。

★ 假人的历史

实验假人并不是从汽车领域诞生的，1949年，美国的Sierra公司研制出了世界上第一个假人名为SierraSam，它是一个95百分位成年男性假人，美国空军利用它来做火箭座椅弹出试验，它主要用于测试驾驶员大腿和肩部的伤害情况。

1966年，美国ARL公司研制开发了VIP系列假人，主要用于测试飞机的驾驶员逃离系统，同时它也更适用于汽车领域的要求。此后，通用和福特等汽车公司纷纷支持汽车碰撞假人的研制。

在碰撞试验假人的历史中最值得的一提的是Hybrid系列假人。1971年ARL公司和Sierra合作开发出HybridI型标准假人；1971年，在美国汽车巨头的支持下，第一安全系统技术公司（FTSS：First Technology Safety Systems）制造出HybridII型假人，美国政府决定将其作为汽车碰撞试验标准假人使用。1997年，第一安全系统技术公司开发成功HybridIII系列假人，该系列假人是目前世界上应用最为广泛的假人家族。泛亚实验室中的假人正是FTSS生产的HybridIII系列。

★ 假人也分男女？　　
假人并没有安装性器官，我猜是因为在交通事故中保住生命是最重要的，其他的就……尽管如此，严肃来说，假人还是分男女的。另外还有儿童和婴儿假人，可以模拟不同身高、不同体重的人群在事故中收到的伤害。

★ 假人的规格、百分位的概念　　
在碰撞试验描述假人时，我们常常听到一个词语叫百分位，比如C-NCAP正面测试中采用50百分位男性假人和5百分位女性假人。这是指根据一个地区的人体统计数据会有百分之多少的人小于假人。50百分位男性假人就是指50%的成年男人的身高、体重等都会小于这个假人的身高、体重和身体尺寸等。　　
常见的50百分位假人身高177cm和体重86kg的中等身材；95百分位假人代表身高188cm和体重108kg的大型身材；5百分位代表身高148cm和体重56kg的矮小女性身材。儿童假人分为6月假人(身高67cm，体重10kg)、12月假人(身高76cm，体重13kg)、18月假人(身高83cm，体重16kg)、3岁假人(身高97cm，体重20kg)、6岁假人(身高130cm，体重30kg)、10岁假人(身高138cm，体重36kg)。

★ 假人也需要休息吗？
在没有测试工作的日子里，假人会在一个恒温恒湿的环境里静静地休息，或者定期做个体检——身体部位关节以及传感器的标定检查。与我这种“站不如坐，坐不如躺”的懒人比起来，假人更喜欢坐姿。因为这样可以避免因为压迫而造成的身体活动部位与传感器的损坏。




★ 假人身价几何？
由于现在几乎全球厂商和安全机构使用的家人均出自FTSS公司，并且由于内部布置有大量高灵敏度传感器，每个假人都身价不菲。据介绍，几年前的每一位假人的身价就突破了10万美元。自愧不如的朋友请默默举手……






★ 有没有专为东方人打造的假人？
目前假人依然只能从国外采购，假人的尺寸和重量也都是依据欧美人的身材数据进行正态分布计算而设计的。日本曾经想要开发出适合亚洲人身材的假人，直到目前还没有研制成功。不过根据美国的相关法规，在车辆研发的时候，厂家会使用每个级别的假人进行安全实验，所以对于各种身材的安全性都是有保证的。

★ 历史上是否使用过真人进行碰撞试验？
通用和美国其他汽车巨头一起，曾经是碰撞安全试验的先行者之一，在早期没有发明出假人的时候，厂家会招募志愿者进行低速（10-20km/h）碰撞试验。随着车速不断提升，真人试验存在着极大的危险，于是在假人出现之前，也曾经有过使用志愿捐献的新鲜尸体进行碰撞试验的历史。

编辑总结：
虽然由于保密原因，很多试验设施和技术我们并不能够参观和拍照，但通过这次泛亚车辆安全实验室的参观，使我们初步了解了很多有关于安全系统开发验证的知识。打造一款安全的车，不仅需要优秀的整体架构设计，同时也需要不断地进行仿真、模拟、测试以及验证的过程。我们也希望国内有更多厂家的安全研发中心可以将开发和验证环节与国际最新标准接轨，从而进一步提高车辆的驾驶安全性以及行人保护能力。