NCAP現(xiàn)狀及其相關(guān)技術(shù)發(fā)展綜述

1、NCAP現(xiàn)狀及其相關(guān)技術(shù)發(fā)展綜述隨著社會(huì)及科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,交通設(shè)施和交通工具日益發(fā)達(dá),極大促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)貿(mào)易、科學(xué)技術(shù)、生產(chǎn)和生活各項(xiàng)活動(dòng),為人們提供了出行方便性。但是,也正是由于 這些交通工具引發(fā)了大量的交通事故,導(dǎo)致了大量的人員傷亡。車(chē)輛是整個(gè)事故中的起因,是關(guān)鍵因素之一。很多發(fā)達(dá)國(guó)家先后制訂了有關(guān)車(chē)輛安全的法規(guī)和制度, 常見(jiàn)的是政府和行業(yè)的安全強(qiáng)制法規(guī),如ECER95和FMVSS等法規(guī)。此外,還有新車(chē)評(píng)估規(guī)范(NCAP,New CarAssessmentProgram)。 1 NCAP的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀 NCAP作為新車(chē)評(píng)估程序,通常按照一定的試驗(yàn)規(guī)范和流程,通過(guò)對(duì)新上市的乘用車(chē)進(jìn)行前、側(cè)和后

2、部碰撞以及圓桿碰撞和行人碰撞等多方面的碰撞試 驗(yàn),并以駕駛員、副駕駛員、乘坐兒童、車(chē)外行人等多個(gè)對(duì)象的傷害指數(shù)評(píng)估該車(chē)的綜合安全等級(jí)。 NCAP最早于1978年出現(xiàn)在美國(guó),由美國(guó)國(guó)家公路交通安全管理局牽頭組織實(shí)施。隨后,澳大利亞、歐洲、日本和韓國(guó)等分別制定了相關(guān)的 NCAP。 盡管都是NCAP,但是試驗(yàn)和評(píng)估也不盡相同?？偟膩?lái)說(shuō),可以分為3類(lèi)。第一類(lèi)是以歐盟國(guó)家為主的Euro NCAP和澳洲實(shí)施的ANCAP。它比較真實(shí)地模擬實(shí)際交通事故中的碰撞情形,碰撞的速度較高,采用可變形蜂窩狀鋁合金結(jié)構(gòu)壁障,它不僅考察前排乘客、后 排乘座成人和兒童的安全性,而且還考察圓桿碰撞和行人保護(hù)等各種可能事故的情形

3、,是較為全面的評(píng)估。第二類(lèi)是在美國(guó)實(shí)施的US NCAP,它前撞采用固定不可變形的壁障,通常只對(duì)前排乘客進(jìn)行評(píng)估,側(cè)撞只對(duì)成人乘客評(píng)估。韓國(guó)KNCAP也借用USNCAP。第三類(lèi)是混合體,就是將 EuroNCAP和US NCAP結(jié)合起來(lái)的試驗(yàn)方法,如日本JNCAP,以及即將實(shí)施的中國(guó)CNCAP。第三種方法借用前兩種標(biāo)準(zhǔn),具有較好的綜合評(píng)價(jià)性。但由于起步較晚,評(píng)估 的內(nèi)容相對(duì)較少,車(chē)速相對(duì)較低。 通過(guò)近10年的試驗(yàn),EuroNCAP被評(píng)價(jià)為最具權(quán)威性和最嚴(yán)格的NCAP,它由國(guó)際汽車(chē)聯(lián)合會(huì)牽頭,不依附于任何汽車(chē)生產(chǎn)企業(yè),所需經(jīng)費(fèi)由歐 盟提供,不定期對(duì)已上市的新車(chē)和進(jìn)口車(chē)進(jìn)行碰撞試驗(yàn)。鑒于它對(duì)消費(fèi)者購(gòu)車(chē)

4、選擇產(chǎn)生的巨大影響,歐洲主流汽車(chē)品牌對(duì)Euro NCAP成績(jī)非常重視,部分企業(yè)在新車(chē)樣車(chē)碰撞結(jié)果不佳時(shí)甚至對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行改進(jìn),并主動(dòng)進(jìn)行二次測(cè)試。 NCAP通常按照試驗(yàn)結(jié)果分級(jí)計(jì)分,將車(chē)輛的安全等級(jí)分為5星或6星。星級(jí)越高,則車(chē)輛的安全性越好,反之越低。由于各NCAP之間的試驗(yàn)和評(píng)估 方法不一樣,即使獲得不同NCAP的星級(jí)相同,也不能說(shuō)明他們具有相同等級(jí)的安全性。 2 NCAP對(duì)汽車(chē)安全技術(shù)的影響 2.1 車(chē)身結(jié)構(gòu)的改善 不同NCAP對(duì)車(chē)身結(jié)構(gòu)提出了不同要求。USNCAP不僅要求車(chē)輛在碰撞過(guò)程中不能超過(guò)一定的減速度,而且要求擊潰長(zhǎng)度不少于一定值。而 EuroNCAP要求影響乘員安全性的零件如前圍板

5、、制動(dòng)踏板、方向管柱等對(duì)乘員的侵入量不能超出一定值。因此前艙的剛度不能太大或太小,否則無(wú)法滿(mǎn)足各 個(gè)NCAP的要求。為最大程度上保護(hù)車(chē)內(nèi)乘員和行人的安全,汽車(chē)整車(chē)設(shè)計(jì)成前后部剛度較小、乘客艙剛度很大。而且將發(fā)動(dòng)機(jī)艙設(shè)計(jì)成三段式,分別為低速行人 保護(hù)區(qū)、相容吸能區(qū)和自身保護(hù)區(qū)。這樣在低速時(shí)既能使行人的傷害減低到最小,同時(shí)又能在高速碰撞時(shí)通過(guò)前后艙結(jié)構(gòu)的壓潰來(lái)吸收碰撞中的大部分能量,有效保 護(hù)乘客,見(jiàn)圖1汽車(chē)交通事故發(fā)生在前面的概率約為40%,因此前艙設(shè)計(jì)是汽車(chē)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn),前艙設(shè)計(jì)實(shí)際上是能量傳遞路線(xiàn)的設(shè)計(jì)。從圖1可見(jiàn),通常將前 端碰撞的能量傳遞路線(xiàn)設(shè)計(jì)成3條,一條是沿著水箱橫梁傳遞給翼子板加

6、強(qiáng)板,然后經(jīng)A柱傳遞給駕駛艙上體;第二條路線(xiàn)由前縱梁傳給翼子板加強(qiáng)板,經(jīng)前圍板傳 給駕駛艙上體,由前地板縱梁傳給車(chē)身下體;第三條路線(xiàn)由前懸架延伸梁(在前端和縱梁采用一定的支架連接),經(jīng)副車(chē)架傳給車(chē)身縱梁,從而傳給車(chē)身下體。3條 路線(xiàn)能避免能量的過(guò)度集中,有效提高整車(chē)的安全整體承受能力。為保證上述3段強(qiáng)度和3條能量傳遞路線(xiàn), 通常采用不同性能的材料進(jìn)行組合以滿(mǎn)足不同區(qū)域的要求,對(duì)于車(chē)身結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)件如縱梁、B柱加強(qiáng)板、門(mén)檻梁加強(qiáng)板、A柱下段加強(qiáng)板、車(chē)門(mén)防撞桿以及 座椅支架等均采用高強(qiáng)度鋼或超強(qiáng)度鋼(TRIP)。這2種材料在汽車(chē)上的應(yīng)用越來(lái)越多,所占的比重越來(lái)越大。以菲亞特產(chǎn)品為例, 80年代超強(qiáng)度

7、鋼使用比例為0,高強(qiáng)度鋼使用比例為6%, 90年代高強(qiáng)度鋼使用比例增加至10%。自NCAP規(guī)范使用后,高強(qiáng)度鋼增加至22%,超強(qiáng)度鋼增加至4%。到2005年底,高強(qiáng)度鋼占到50%,超強(qiáng)度 鋼占到17%。低碳鋼的比例也由80年代的94%降低至33%。這組數(shù)據(jù)從一定程度上反映了汽車(chē)工業(yè)上各種不同材料鋼材在汽車(chē)上的應(yīng)用趨勢(shì)?？v梁總成在很 大程度上決定了汽車(chē)縱向碰撞的安全性能,因此也成為研究重點(diǎn)。通常將縱梁前部設(shè)計(jì)成梯形結(jié)構(gòu)鋼梁、孔式結(jié)構(gòu)、褶皺式造型、波紋管狀結(jié)構(gòu)來(lái)誘導(dǎo)縱梁的變形節(jié) 奏和能量傳遞路徑;通過(guò)優(yōu)化縱梁的不同材料組合,既能降低縱梁重量20%,降低成本幾十美金,而且能有效提高縱梁的碰撞、剛度和

8、模態(tài)性能。此外,通過(guò)優(yōu)化 縱梁的截面形狀(包括加強(qiáng)筋布置)、厚度、尺寸和結(jié)構(gòu)形式等使結(jié)構(gòu)的變形阻力保持在適當(dāng)水。平,并重視局部弱化使整車(chē)剛度分配符合設(shè)計(jì)原則及能量吸收曲線(xiàn) 圖。 為滿(mǎn)足側(cè)撞的要求,側(cè)圍通常設(shè)計(jì)成能將側(cè)碰力有效傳遞到車(chē)身具有保護(hù)作用的梁、門(mén)立柱、地板、頂蓋及其它部件,使撞擊力被這些部件吸收,從而極大 限度地把可能造成的傷害降低到最小程度。因此需要采用高強(qiáng)度鋼增加車(chē)門(mén)的剛度;增大A、B、C立柱的截面形狀,以及局部加強(qiáng)側(cè)圍與門(mén)加強(qiáng)件接觸部位、立柱 與門(mén)檻和車(chē)頂縱梁連接部位的強(qiáng)度;增加地板橫梁,將座椅支架和門(mén)檻梁連接一體增加側(cè)向防撞能力。 2.2 安全約束系統(tǒng)的改進(jìn) 安全約束系統(tǒng)的配備

9、和性能的提升是增加NCAP星級(jí)的有效途徑。目前通常采用預(yù)緊式安全帶代替?zhèn)鹘y(tǒng)安全帶系統(tǒng)。預(yù)緊式安全帶的特點(diǎn)是當(dāng)汽車(chē)發(fā)生碰 撞事故的一瞬間,在乘員尚未向前移動(dòng)時(shí)它會(huì)首先拉緊織帶,立即將乘員緊緊綁在座椅上,然后鎖止織帶防止乘員身體前傾,有效保護(hù)乘員的安全。福特公司最近發(fā) 明一種膨脹式的安全帶,能像安全氣囊一樣在碰撞時(shí)配合安全帶的收緊充氣,有效保證乘員的內(nèi)臟不受到嚴(yán)重?cái)D壓。同時(shí),能自動(dòng)給乘員佩帶身上的安全帶,以提高 安全帶的佩帶率。 安全氣囊作為安全帶的輔助安全設(shè)施在交通事故中也大大提高了乘員的安全性。通常一輛NCAP星級(jí)較高的車(chē)輛會(huì)配備駕駛員和副駕駛氣囊、側(cè)碰撞氣囊 及車(chē)窗側(cè)氣簾等多個(gè)氣囊,在不同的

10、碰撞中保護(hù)乘員不同方位的安全。 目前,兩段式安全氣囊正在逐步替代普通安全氣囊,因?yàn)樗芨鶕?jù)汽車(chē)碰撞的加速度和安全帶的狀態(tài),分2種不同的速度和強(qiáng)度展開(kāi),避免造成對(duì)乘客的不 必要傷害。智能安全氣囊作為發(fā)展方向,采用先進(jìn)的傳感器技術(shù)和信息處理系統(tǒng),在事故發(fā)生的短暫時(shí)間內(nèi)提供可靠的碰撞環(huán)境信息;通過(guò)優(yōu)化氣囊的充氣速率、折 疊方式和最佳點(diǎn)火時(shí)間,碰撞時(shí)轉(zhuǎn)向柱、座椅及頭枕、安全帶等各自滿(mǎn)足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的最佳結(jié)構(gòu)和力變形特性以及各部件碰撞特性的協(xié)調(diào)與互補(bǔ)問(wèn)題,根據(jù)檢測(cè)到的乘 員身高、體重、坐姿等信息,自動(dòng)將乘員保護(hù)系統(tǒng)調(diào)節(jié)到最佳保護(hù)狀態(tài),使乘員保護(hù)系統(tǒng)逐步智能化。 對(duì)保護(hù)追尾碰撞的座椅頭枕,目前多采用手動(dòng)調(diào)節(jié)的

11、方式,很多人一般不會(huì)太重視,但是頭枕的位置如果調(diào)整不正確有可能造成對(duì)頭頸的傷害。因此目前的 新產(chǎn)品均能通過(guò)嵌裝在頭枕中的新型傳感器,檢測(cè)頭枕與頭部之間的距離,算出頭枕應(yīng)該移動(dòng)的距離,自動(dòng)將座椅調(diào)整至最佳狀態(tài),有效保護(hù)乘員頭頸的安全。 2.3 假人和傳感器的改進(jìn) 假人作為代替真人參與各種NCAP試驗(yàn)的研究對(duì)象,在汽車(chē)安全性的研究方面具有很重要的地位。假人的生物保真程度將大大影響試驗(yàn)的精確性。因此需 要按照不同年齡的生理特征研制不同規(guī)格的假人。假人模型大部分是由金屬與塑料制作的,其胸腔是鋼制的,肩胛骨是鋁制的,盆骨是塑料的。假人的皮膚摸上去不 僅要有彈性,還要跟真人一樣有一定的承受力。一個(gè)假人由近

12、00個(gè)部件、約60個(gè)傳感器組成。通用汽車(chē)的Hybrid III,衍生出了從新生嬰兒到55歲成年人的各個(gè)不同年齡段、不同性別的模擬假人,已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)95%的人體模擬保真度。今后的發(fā)展趨勢(shì)是如何盡可能地使 假人特性接近真人,以及假人身體內(nèi)傳感器的合理部位和個(gè)數(shù)及傳感器本身的靈敏度和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)能力的提高。 2.4 NCAP規(guī)范本身的改進(jìn) 自1996年秋季以來(lái),經(jīng)過(guò)一系列演變, EuroNCAP已經(jīng)達(dá)到了第14個(gè)階段。在這個(gè)演變過(guò)程中,試驗(yàn)與評(píng)價(jià)方法都經(jīng)歷了改變與改進(jìn),增加減分項(xiàng)和加分項(xiàng)。每一次改變,廠商都會(huì)積極應(yīng)對(duì),改 善車(chē)輛結(jié)構(gòu),使原來(lái)的非標(biāo)準(zhǔn)配置轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)配置。NCAP對(duì)安全性的推動(dòng)效果是顯而易見(jiàn)的。從1996年NCAP實(shí)施后的7年時(shí)間里,有165個(gè)車(chē)型接受 了評(píng)價(jià)。眾多的試驗(yàn)結(jié)果為NCAP更好地評(píng)估車(chē)輛的安全性能提供了豐富的素材。各國(guó)的NCAP也在不斷的演變和改進(jìn)。澳洲的ANCAP剛開(kāi)始有一套自己的 評(píng)價(jià)系統(tǒng),隨著EuroNCAP的出現(xiàn)和應(yīng)用,ANCAP也在許