国产某SUV车顶抗压性能试验研究

作者：胥峰
单位：卡达克机动车质量检验中心（宁波）有限公司

前言

汽车滚翻事故是单车事故的一种主要表现形式,主要是由汽车驶离路面或高速转弯引起的,其事故的死亡率远高于其他形式的道路交通事故死亡率[1]。汽车滚翻过程中，车顶受到受冲击载荷作用发生大变形并侵入乘客区域,使得乘员生存空间变小,容易对乘员造成伤害。大量研究表明,车顶强度偏弱是引起乘员头部和颈部受伤的直接原因。

汽车顶盖作为整个车身最大的覆盖件，连接着白车身的A、B、C柱等重要部位，不但影响着整车外形美观，更在保持车身结构，保护乘员安全等方面起着尤为重要的作用。目前评价汽车车顶抗压性能的技术法规中，主要有美国汽车安全技术法规FMVSS 216《车顶抗压强度》和美国汽车工程师学会标准SAE J996《整车跌落试验》。在参考FMVSS 216《车顶抗压强度》的基础上，我国在2011年初颁布并于2012年实施了GB 26134-2010《乘用车顶部抗压强度》。

本文依据升级版的美国汽车安全技术法规FMVSS 216a《车顶抗压强度》，对国产某SUV白车身实施了汽车顶部抗压强度试验，并对其结果进行分析与评价。

1 法规解读
从世界范围来看，美国在轿车的翻滚安全试验程序开发及研究相对成熟。目前，全球已正式纳入国家国家翻滚试验法规的右美国的FMVSS 208 《滑车翻滚试验》及FMVSS 216《车顶抗压强度》。其中，FMVSS 208试验属于可选范畴，并无强制性检测要求；而FMVSS 216试验为强制性检测法规，适用范围内的所有汽车都必须强制执行。因此，FMVSS 216《车顶抗压强度》是当前全球关于车辆翻滚安全的最有影响力的法规。

1971年，NHTSA发布了FMVSS 216法规，迄今已强制执行约40年[5-6]，该法规在准静态条件下开展，主要考察汽车顶盖抵抗侵入变形的能力。试验装置的尺寸及安装角度如图1所示，加载压头为矩形钢板，其尺寸为762mm×1829mm，加载角度为5°俯仰角及25°倾斜角，以不超过13mm/s的速度对单侧顶盖持续进行加载。技术法规要求，当车顶承受的载荷达到样车整备质量的1.5倍或22240N（两者相比取较小值）时，加载压板下表面的位移不得超过127 mm。



2009年，NHTSA发布了FMVSS 216法规的升级版[7]，并于2012年9月起逐步实施。该法规的升级版的改进方面主要包括以下几点：第一，顶盖强度标准提高，对于整备质量在2722kg以内的车辆，原法规的强质比（SWR, 加载强度与整备质量的比值）要求是1.5倍，而升级后强质比要求提高到3倍；第二，适用范围扩大，对于整备质量在2722kg以上的车辆，原有法规不作检测要求，而升级版将对整备质量在2722-4536kg进行检测，且强质比要求为1.5倍；第三，原有法规仅执行单侧顶盖抗压，而升级版则要求顶盖两侧都接收抗压测试，车辆两侧顶盖试验分开操作，一侧加载完成后再开始另一侧的加载；第四，对头部生存空间提出了具体要求。

我国于2011年颁布了国家标准GB 26134—2010《乘用车顶部抗压强度》，标准的起始实施日期为2012年1月1日。标准参考美国汽车安全技术法规FMVSS 216《顶部抗压强度》制定，主要性能要求与其保持一致，标准指出汽车顶盖应能样车整备质量1.5倍的准静态载荷或22240N（取两者之间的较小值）时，样车顶部变形不得超过127 mm。
2 试验程序
依据FMVSS 216a《顶部抗压强度》标准对国产某SUV白车身进行车顶抗压强度试验，内容包括样车准备、样车固定及载荷施加等。

2.1 测试设备
本次试验设备采用中国汽车技术研究中心研制的型号为ACT1413的乘用车顶部静压试验台，主要技术参数如表1所示。车顶部静压试验台主要由试验台体，加载系统，位置调整系统、电控系统、计算机控制系统组成，可依据GB 26134、FMVSS 216、FMVSS 216a等标准法规进行乘用车车顶抗压强度测试。



2.2样品准备及固定
试验样品为国内某主机厂生产的SUV白车身，白车身的车窗及门锁等部件应保持完整。同时，试验前应拆除车身顶部行李架。

按照图1所示调整好加载压板的安装角度，锁紧角度调整螺栓以保证加载过程中安装角度不变。将白车身放置于水平的刚性地板之上，通过试验程序控制面板按调降下加载压板，直至接近车顶表面。调整样车位置，保证加载设备下表面的纵向中心线在与车顶接触的初始接触点上，同时保证加载压板上车身宽度方向的刻度线（距压板最前端254mm）对齐样车上部的挡风玻璃装饰条，位置精度保持在10 mm范围内。

调整好相对位置后，继续下移加装装置，直至加载压板下表面与车顶完全接触。在侧向方向上，对车辆施加刚性固定，以避免载荷施加过程中车辆或车身的侧向移动，如图2所示；为防止试验过程中车身在前后方向上发生移动，前后各通过2根张紧绳加以固定，如图3所示。




完成车身固定后应关闭所有车窗、关闭并锁好所有车门。

2.3施加载荷
按照委托企业的要求，将加载速度设定为5mm/s，将加载目标定义为加载压板下移140mm（注：比法规要求的127mm严格）。试验过程中，加载压板安装角度保持不变并作直线运动，加载时间不超过120s。
3 试验结果与评价
加载后的样车状况及试验曲线分别如图4、图5所示。




美国公路安全保险协会（IIHS）提出的车顶强度星级评价标准IIHS-NCAP将车顶能承受最大强度为整车整备质量的2.5倍以下的车辆等级评价为差，2.5~3.25倍为及格，3.25~4倍为良好，4倍以上为优秀。

试验过程中的最大载荷为79709N，样车的整备质量为1800kg，因此强质比为：



其中：
SWR——强质比；
Fmax——加载过程中载荷最大值，单位为N；
M——样车整备质量，单位为kg；
g——重力系数，单位为m/s2。

从加载后的试验照片图4可以看出，白车身结构依然保持较好的完整性，能为乘员提供较好的保护；从计算结果可以看出，强质比的结果为4.5，样车车顶抗压性能达到了IIHS-NCAP评价的优秀级别。

4 结论
本文解读了乘用车车顶抗压强度相关法规，介绍了该试验的相关设备，并详细阐述了试验的样车准备、车身固定方式及载荷施加方法。在此基础上对国产某SUV白车身进行了顶部抗压强度试验，结果表明该样车的顶部抗压性能达到了IIHS-NCAP的优秀级别。从侧面可以看出，国产整车企业在白车身结构设计与制造工艺等方面取得了很大进步。