保險杠測試報告

1、汽車保險杠測試技術(shù)研究報告S140200250陳崢汽車保險杠測試技術(shù)研究報告摘要：介紹了汽車保險杠的發(fā)展現(xiàn)狀，描述了國內(nèi)外關(guān)于汽車保險杠測試的相關(guān)法規(guī)，以及NCAP中行人保護要求的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。詳細敘述了我國保險杠低速碰撞試驗和大小腿沖擊器試驗的過程和評價標準，并對其使用的試驗設(shè)備進行了介紹。1國內(nèi)外現(xiàn)狀1.1保險杠簡介早期，汽車沒有保險杠等安全裝置。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車保有量的增加，交通事故增多，汽車安全性得到重視，那么就出現(xiàn)了汽車保險杠系統(tǒng)。從無到有，經(jīng)過不斷的演變發(fā)展，汽車保險杠已經(jīng)成為現(xiàn)代車身結(jié)構(gòu)不可缺少的重要部件。汽車保險杠位于汽車的前、后端，是重要的安全防護構(gòu)件，其主要作用是

2、當汽車與其他發(fā)生碰撞時，起到保護翼子板、散熱器、發(fā)動機罩和燈具等部件，同時保護人員安全或降低人員傷害程度。按功能汽車保險杠又可分為非吸能式汽車保險杠和吸能式汽車保險杠兩大類。非吸能式汽車保險杠的結(jié)構(gòu)形式簡單。在發(fā)達國家，在轎車上塑料保險杠的使用增加較快，但是這種塑料汽車保險杠一般只起到裝飾的作用，不能夠起到很好的保護作用。隨著世界上車輛保有量的增加，前后兩側(cè)發(fā)生的事故比較頻繁。由于沒有足夠的強度和剛度來抵御強烈的碰撞，塑料汽車保險杠在撞車時往往起不到很好的保護作用，從使得翼子板、發(fā)動機罩、散熱器、燈具等受到比較嚴重的損壞。對于大客車來說，其前圍損壞嚴重時能夠損壞風窗玻璃、方向盤、儀表盤，直至對

3、駕駛員和前排成員造成傷害。隨著對車輛碰撞安全方面的重視，世界上許多國家紛紛制定相關(guān)法規(guī)和標準。因此先進的吸能型汽車保險杠是汽車保險杠的主要發(fā)展方向之一，目前流行的吸能式保險杠主要有以下幾種：1.1.1自身吸能式保險杠這種保險杠系統(tǒng)是由外蓋板、吸能塊、橫杠和支架四部分組成（如圖 1 所示）。在橫杠內(nèi)填充有泡沫塑料等吸能材料，使用較多。其外蓋板和吸能塊附著在橫梁上，橫杠與支架縱梁之間采用螺栓連接。圖1 自身吸能式保險杠結(jié)構(gòu)示意圖 1.1.2液壓吸能式保險杠 液壓吸能式保險杠的結(jié)構(gòu)如圖2所示，保險杠橫梁和活塞桿相連，活塞桿里面有活塞，活塞右邊有機械油，左邊有氮氣，緩沖液壓缸內(nèi)的機械油和活塞桿的右腔相

4、通，緩沖缸固定在車身加強件上。當發(fā)生碰撞事故時，保險杠將受到的沖擊載荷傳到活塞桿，活塞桿向右側(cè)移動，機械油通過節(jié)流孔向右腔流動，同時浮動活塞向左側(cè)移動，氮氣被壓縮，利用黏性阻力來吸收碰撞能量，碰撞后靠氮氣膨脹使保險杠復(fù)原。該保險杠系統(tǒng)多在高檔轎車上使用。圖2 液壓吸能式保險杠結(jié)構(gòu)示意圖 1.1.3帶氣腔式保險杠 帶氣腔式的汽車保險杠與普通式汽車保險杠的區(qū)別主要如圖3所示，其通常在外蓋板和橫杠之間安裝氣腔內(nèi)襯。當汽車發(fā)生前部碰撞時，首先壓縮氣腔，進而影響外包裹件的變形，來改善汽車保險杠的吸能效果。氣腔數(shù)量和氣壓的合理確定能保證包裹氣腔部件的強度。這種帶氣腔式汽車保險杠與普通式的相比能使每小時十五

5、公里、百分之四十的前部偏置的碰撞減速度有效降低。 圖3 帶氣腔式保險杠和普通保險杠的結(jié)構(gòu)對比 1.1.4帶安全氣囊的汽車保險杠 國外研制的一種帶安全氣囊的汽車保險杠，這種帶安全氣囊的汽車保險杠裝置主要通過傳感器、氣泵、氣囊等主要部件構(gòu)成，并集成后安裝在汽車前保險杠內(nèi)。當發(fā)生碰撞時在行人同汽車保險杠的接觸瞬間，傳感器檢測到發(fā)出指令，汽車保險杠的內(nèi)藏板迅速放下，以便阻止行人倒后進入車底造成更大傷害。內(nèi)藏板迅速放下的同時汽車保險杠上的傳感器發(fā)出信號來觸發(fā)點火回路，點燃充氣體器中的固體燃料，燃料燃燒迅速釋放出大量的氮氣，氮氣在較大的氣壓作用下迅速充入氣囊，便氣囊向前快速打開，以使得被撞行人進行軟接觸。

6、 位于汽車保險杠兩側(cè)翼狀氣囊充氣后向也同時向兩側(cè)舉升，這樣可以防止行人碰撞后滾落到公路上造成二次撞擊，同時發(fā)出信號控制汽車來實施應(yīng)急制動，以降低車速。試驗證明在發(fā)生汽車撞車事故中，這種新型的被動安全裝置可以減輕汽車對行人的傷害程度。1.2國內(nèi)外法規(guī)1.2.1前后保險杠低速碰撞法規(guī)考慮和認識到汽車保險杠在汽車低速碰撞中的重要作用，世界上大多數(shù)國家和地區(qū)對汽車保險杠都制定有相應(yīng)的法規(guī)。其中影響較大的主要有：歐盟（非強制性）的 ECE R42、美國（強制性） FMVSS 581、Consumer test、IIHS Test；加拿大（強制性）的 CFVSS-215；德國的 AZT-Crash-Tes

7、t等。我國頒布的汽車前、后端保護裝置標準 GBl7354-1998是參照歐盟 ECE R42 法規(guī)的相關(guān)要求制定的，與ECE R42法規(guī)要求基本相同。各種法規(guī)和規(guī)范所采用的基本試驗方法如表1所示。表1 各種法規(guī)和規(guī)范的基本試驗方法對比 名稱項目美國CFR Part581美國IIHS test加拿大CFVSS 215德國AZT-Crash Reparatur Test歐洲ECE R42中國GB17354-1998擺錘正碰4km/h-4km/h-4km/h4km/h擺錘60°碰2.5km/h-4.8km/h-2.5km/h2.5km/h整車正碰4km/h8km/h8km/h-整車30&#

8、176;碰-8km/h-碰撞圓柱-8km/h-40%偏置碰-15km/h-法規(guī)要求件數(shù)除保險杠外，其余部分正常工作結(jié)果作為參考，并公開汽車的一般功能不受影響結(jié)果作為參考，并公開除保險杠外，其余部分正常工作除保險杠外，其余部分正常工作在美國除強制性的法規(guī) FMVSS 581 外，另有 Consumer test 和 IIHSTest Consumer test，這兩種汽車保險杠系統(tǒng)的安全性試驗規(guī)范為非強制性的,屬于消費者組織確定的試驗規(guī)程，試驗結(jié)果供銷費者和保險商參考使用。2010年9月，國際汽車維修研究理事會(RCAR）布了最新的保險杠碰撞試驗規(guī)程。該規(guī)程采用一上下高度可調(diào)的可變形壁障作為其碰

9、撞試驗裝置，主要由壁障體、吸能塊、擋板、罩板、固定裝置以及撞擊墻等組成，相比于其他國際保險杠碰撞安全標準，例如歐洲ECE 42美國FMVSS CFR part 58l以及中國GB 17354-1998等，RCAR測試方法的特點與優(yōu)點在于其采用類似于保險杠形狀的可變形壁障，并且在壁障上部加設(shè)擋板，考慮到了實際碰撞中出現(xiàn)的鉆撞現(xiàn)象，更加真實地模擬了兩車相撞的情況，能夠更加準確評價汽車保險杠的安全性能。1.2.2行人安全相關(guān)法規(guī)汽車保險杠的功能不僅僅是保護車身結(jié)構(gòu)免受損壞，它也與行人安全密切相關(guān)。隨著行人安全日益受到重視，對保險杠的要求也越來越高。歐盟較早將行人安全納入歐洲新車評價程序（EURO-N

10、CAP），對行人保護試驗作出了規(guī)定。我國仿照歐洲EURO-NCAP要求也推出了國家推薦標準汽車碰撞時對行人的保護。其中明確規(guī)定了腿型對保險杠試驗的性能要求：進行小腿腿型對保險杠試驗時，其最大動態(tài)彎曲角度不大于 19 度，其最大動態(tài)剪切位移不大于6.0mm。小腿上段加速度不大于 170g。如果制造廠提供的保險杠試驗寬度最大為264mm，小腿上段加速度不大于 250g。進行大腿腿型對保險杠試驗時，相對于任何時刻的瞬態(tài)沖擊力總合不大于 7.5kN，試驗沖擊器的彎矩不大于 510Nm。 按照其規(guī)定進行測試，目前汽車的保險杠會有大多數(shù)不符合行人保護方面的要求。從對行人保護的要求和實踐來看，其碰撞性能指標

11、對保險杠的設(shè)計制造又提出了新的要求。2測試方法及性能要求2.1前后保險杠低速試驗我國的汽車前、后端保護裝置評價標準是 GB 17354-1998。本標準要求車輛必須具有保護裝置，該裝置是指裝在車輛前、后端的諸元件。其設(shè)計要求是當車輛發(fā)生接觸和輕度碰撞時避免導(dǎo)致車輛的嚴重損傷。2.1.1試驗條件² 車輛應(yīng)處于停止狀態(tài)；² 前輪應(yīng)處在直行位置；² 輪胎應(yīng)按制造廠規(guī)定的氣壓沖氣；² 制動器應(yīng)松開，變速器掛空檔；² 對裝備油-氣懸掛、液力或空氣懸掛的車輛以及裝有自動調(diào)整懸架（能根據(jù)載荷自動對車輛進行調(diào)整）的車輛，應(yīng)在制造商規(guī)定的正常行駛條件下進行試驗；

12、² 試驗采用擺錘沖擊，其有效撞擊質(zhì)量等于被測試車輛的整備質(zhì)量；² 進行撞擊試驗時，試驗地面應(yīng)足夠的面積以便設(shè)置碰撞器的驅(qū)動系統(tǒng)，供試驗車輛受撞后滑移以及安置試驗所需的設(shè)備等；² 停放試驗車輛的地面應(yīng)水平、硬實、平整。本標準的檢驗項目包括縱向碰撞試驗，對“車角”的碰撞試驗。下面分別介紹這兩種試驗的規(guī)程。圖4 碰撞器尺寸2.1.2縱向碰撞試驗(1) 本試驗包括對車輛正前方的兩次碰撞和正后方的兩次碰撞。在各方向的兩次碰撞中，一次是在車輛質(zhì)量為“整車裝備質(zhì)量”時進行的，另一次是在其質(zhì)量為“加載試驗車質(zhì)量”時進行的。 (2) 在車輛每一方向的兩次碰撞中，第一次碰撞時，對碰撞

13、器的位置沒有限制，而第二次碰撞時，碰撞器的中垂面位置應(yīng)與第一次碰撞時的位置相距不小于300mm，并應(yīng)保證這兩次碰撞時，碰撞器的外廓不超越由通過“車角”并平行于車輛縱向?qū)ΨQ面的兩個平面所限定的區(qū)域。 (3) 如圖4所示的碰撞器，A平面與地面保持垂直，基準線保持水平且基準高度達到 445mm。 (4) 車輛的擺放位置應(yīng)進行調(diào)整，使位于“車角”間的點接觸碰撞器但又不致引起碰撞器的晃動，同時，車輛的縱向?qū)ΨQ面應(yīng)與碰撞器的A 平面保持垂直。 (5) 車輛的碰撞速度應(yīng)控制在 4km/h 。2.1.3對“車角”的碰撞試驗(1) 碰撞裝置的放置位置使平面 A 垂直，基準線為水平線，基準高度為445mm;(2)

14、 車輛的擺放位置應(yīng)進行調(diào)整，使位于“車角”間的點接觸碰撞器，不會引起碰撞器起動。此外還應(yīng)滿足以下條件：(a) 碰撞器與車輛的縱向?qū)ΨQ面構(gòu)成60±5°的夾角；(b) 碰撞時最先接觸的點應(yīng)在碰撞器的中垂面上（允差±25 mm）； (3) 車輛碰撞速度為2.5 km/h (4) 本試驗包括在車輛質(zhì)量為“整車整備質(zhì)量”時對一個前“車角”和一個后“車角”的各一次碰撞，以及車輛質(zhì)量為“加載試驗車質(zhì)量”時對另一個前“車角”和另一個后“車角”的各一次碰撞。 試驗要求如下：(1) 照明和信號裝置應(yīng)能繼續(xù)正常工作并清晰可見。如果出廠時安裝好的照明裝置失調(diào)，允許進行調(diào)整以符合規(guī)定要求，

15、但只即使于采用常規(guī)的調(diào)整方法。如果燈絲折斷，應(yīng)允許更換燈泡。 (2) 發(fā)動機罩、行李箱蓋和車門應(yīng)能正常開閉。車輛的側(cè)門在碰撞的作用下不得自行開啟。 (3) 車輛的烯料和冷卻系統(tǒng)應(yīng)無泄漏，不發(fā)生油、水路堵塞，其密封裝置與油、水箱蓋亦能正常工作。 (4) 車輛的排氣系統(tǒng)不應(yīng)有妨礙其正常工作的損壞或錯位現(xiàn)象。 (5) 車輛的傳動系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)（包括輪胎）、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動系統(tǒng)應(yīng)保持良好的調(diào)整狀態(tài)并能正常工作。 2.2行人安全試驗我國的行人安全法規(guī)GBT 24550-2009與保險杠相關(guān)的是小腿沖擊器和大腿沖擊器試驗。2.2.1試驗條件1） 試驗設(shè)備和車輛及其他設(shè)備應(yīng)在相對濕度40%±30%、

16、溫度20±4的條件下；2） 試驗場地平整、光滑、堅硬，不平度不大于1%；3） 車輛處于正常行駛狀態(tài)，并且牢固地固定在支撐架上或在制動狀態(tài)下安放在水平地面上；4） 切割的車身應(yīng)包括車輛前部結(jié)構(gòu)的所有部分，并以正常行駛姿態(tài)牢固地固定；5） 車輛所有用于行人保護的裝置應(yīng)當開啟；6） 有可改變位置或形態(tài)的車輛部件，則在不同位置和形態(tài)下車輛都應(yīng)符合要求。2.2.2小腿沖擊器試驗試驗程序：a) 車輛或子系統(tǒng)的狀態(tài)應(yīng)符合規(guī)定的要求。測試應(yīng)在規(guī)定的保險杠部位進行。 b) 撞擊速度矢量的方向應(yīng)位于一個水平面內(nèi)，并與車輛的縱垂面平行。在撞擊接觸瞬間，撞擊速度矢量的方向在水平面和垂直面上的誤差不得超過&#

17、177;2°。 c) 撞擊器的軸應(yīng)與水平面垂直，且其在縱向和橫向上的誤差均不得超過±2°。水平面、縱切面和橫切面3個平面之間互相垂直。 d) 在撞擊器與保險杠發(fā)生第一次接觸時，撞擊器的底部應(yīng)位于地面參照面上，誤差不得超過±10毫米。 e) 在設(shè)定推進系統(tǒng)的高度時，撞擊器自由飛行過程中受地球應(yīng)力影響的因素應(yīng)被加以考慮。 f) 在撞擊器與保險杠發(fā)生第一次接觸時，應(yīng)確保撞擊器的豎軸處于預(yù)期方位，誤差不超過±5°，以便膝關(guān)節(jié)可進行正確的動作。 g) 在撞擊器與保險杠發(fā)生第一次接觸時，撞擊器的中線與選定的撞擊位置之間的偏差不得超過±1

18、0毫米。 h) 在撞擊器和車輛的接觸過程中，撞擊器不得接觸地面，亦不得接觸除車輛部件以外的其它任何物體。 i) 在撞擊保險杠時，撞擊器的撞擊速度應(yīng)為11.1±0.2米/秒。當在撞擊器與保險杠發(fā)生第一次接觸前對撞擊速度進行測量時，重力效應(yīng)應(yīng)被加以考慮。圖5 小腿腿型對處于正常行駛轉(zhuǎn)臺的整車（左側(cè)）和安裝在支撐上的切割車身（右側(cè)）的保險杠試驗性能要求：膝部最大動態(tài)彎曲角不大于19°，膝部最大動態(tài)剪切位移不大于6mm，小腿上端加速度應(yīng)不大于170g。制造商可指定最大為264mm的保險杠試驗區(qū)域，此區(qū)域的小腿上端加速度不大于250g。2.2.3大腿沖擊器試驗試驗程序：a) 車輛或子

19、系統(tǒng)的狀態(tài)應(yīng)符合所規(guī)定的要求。測試設(shè)備、車輛或子系統(tǒng)的溫度應(yīng)穩(wěn)定于 20±4 攝氏度。 b) 測試應(yīng)在規(guī)定的保險杠部位進行。 c) 撞擊方向應(yīng)與車輛的縱軸平行。在與保險杠第一次接觸時，大腿模擬撞擊器軸應(yīng)處于垂直狀態(tài)。上述方向的誤差不得超過±2°。在與保險杠第一次接觸時，大腿模擬撞擊器的中線應(yīng)處于保險杠上參照線和保險杠下參照線之間，誤差不得超過±10 毫米。同時，大腿模擬撞擊器中線與選定撞擊點的橫向偏差亦不得超過±10 毫米。 d) 在撞擊保險杠時，撞擊器的撞擊速度應(yīng)為 11.1±0.2 米/秒。圖6 大腿沖擊器試驗性能要求：相對任何時

20、刻的瞬間沖擊力總和不大于7.5kN，試驗沖擊器的彎曲不大于510N·m。3. 試驗設(shè)備3.1低速碰撞試驗設(shè)備天津中汽研與吉林大學(xué)開發(fā)了如圖7所示的汽車保險杠碰撞試驗臺。該試驗臺符合美國聯(lián)邦機動車安全標準（FMVSS）第 581 號要求、歐洲車輛前部防護裝置法規(guī) ECE R42 和我國國家標準GB17354-1998 對保險杠不同的技術(shù)要求。圖6 汽車保險杠碰撞試驗臺該試驗設(shè)備主要由擺錘提升機構(gòu)、橫梁舉升機構(gòu)、擺錘制動機構(gòu)、設(shè)備軟件操作機構(gòu)等四部分組成。試驗設(shè)備主要測量按標準要求施加在保險杠上的沖擊速度、加速度、力等技術(shù)參數(shù)。根據(jù)該試驗臺在試驗過程中碰撞沖擊作用需要，擺錘撞擊部位采用高

21、強度淬火鋼鑄造，擺錘整體鋼板焊接。擺錘質(zhì)量由基本質(zhì)量與調(diào)整配重組成，使得試驗質(zhì)量可調(diào)。擺錘采用組合撞擊頭形式可滿足多種不同試驗對沖擊頭的要求。 擺錘在碰撞試驗采用采用剛性桿平行四邊形懸吊，保證擺錘在擺動過程中始終保持水平（試驗設(shè)備結(jié)構(gòu)簡圖見圖7）。 圖7 試驗設(shè)備結(jié)構(gòu)簡圖 1 擺錘提升機構(gòu)的功能：擺錘利用卷揚機通過鋼絲拉索提升，可提升至任意高度。采用氣動杠桿掛鉤機構(gòu)鎖定和釋放拉索。設(shè)置氣缸驅(qū)動插拔的保險銷，以防止意外脫落。卷揚機帶有停機和斷電制動裝置。擺錘的提升角度可根據(jù)撞擊速度和能量，由角度傳感器確定，作為擺錘提升依據(jù)。 2 橫梁舉升機構(gòu)的功能：擺錘臂的懸吊橫梁可進行高低位置的升降調(diào)整，以滿足不同試驗標準中撞擊高度的要求。升降機構(gòu)為電動絲杠傳動，減輕調(diào)整工作強度。3 擺錘制動機構(gòu)的功能：試驗臺設(shè)計配置了擺錘制動機構(gòu)，保證撞擊后能使擺錘盡快穩(wěn)定停擺。該制動機構(gòu)為氣動，可提供最大 2500N 的制動力，根據(jù)試驗碰撞后的剩余能量在 200 焦耳以內(nèi)，經(jīng)過擺錘回程和剩余去程的兩次制動可以保證擺錘完全停止。 試驗裝置