实车碰撞技术介绍与未来发展规划

28車輛研測資訊2005-01一、前言實車碰撞技術為確認車輛整體安全性之重要技術項目之一，無論是零組件廠設計開發重要車輛安全零組件、整車廠設計開發新車、學術與研究單位研究行車安全、政府單位研訂與執行車輛安全法規政策，以及社會大眾團體掌握與運用車輛安全觀念與資訊等各項工作，皆有賴於國內實車碰撞技術能量之建置完成，方能順利有效實施。車輛研究測試中心(以下簡稱ARTC)於民國90年起即展開國內首座「實車碰撞實驗室」之初步規劃，承蒙經濟部技術處之大力支持，以及產、學、研各界相關單位與人士之熱心協助，促成以科技專案投注ARTC之整體實驗室興建，於91年完成實車碰撞實驗室之細部規劃後，92年開始建置各項重要之實車碰撞檢測系統，以及安排檢測人員赴國外學習碰撞測試與人偶校正等各項技術，93年亦在科專先期研究計畫支持下，建立初步之實車碰撞電腦輔助工程(Computer-AidedEngineering，以下簡稱CAE)分析技術，以期未來能以所建置之實車碰撞技術為基礎，結合國內產、官、學、研各界之車輛安全技術能量，共同提供國內一個完善之車輛安全研究發展基礎環境。93年底，國內首座「實車碰撞實驗室」終於展現在國人面前，期待透過國內產、官、學、研各界的充分運用，日後能對於提昇國內車輛產品安全之研發以及增進社會大眾行車安全做出豐富且重要的貢獻。本文將就國內實車碰撞技術包括測試與CAE分析技術以及未來之發展規劃加以簡要介紹。二、實車碰撞測試技術介紹實車碰撞測試技術主要分為兩大類，一為法規檢測技術，例如依據歐洲法規之前面偏置、側面與後面碰撞，美規前面全寬及角度碰撞與中國大陸之前面全寬碰撞等法規檢測技術。一為執行車輛產業或政府機關委託之研究財團法人車輛研究測試中心/孟億里/許文賢/李肇豪/吳建勳28車輛研測資訊2005-01一、前言實車碰撞技術為確認車輛整體安全性之重要技術項目之一，無論是零組件廠設計開發重要車輛安全零組件、整車廠設計開發新車、學術與研究單位研究行車安全、政府單位研訂與執行車輛安全法規政策，以及社會大眾團體掌握與運用車輛安全觀念與資訊等各項工作，皆有賴於國內實車碰撞技術能量之建置完成，方能順利有效實施。車輛研究測試中心(以下簡稱ARTC)於民國90年起即展開國內首座「實車碰撞實驗室」之初步規劃，承蒙經濟部技術處之大力支持，以及產、學、研各界相關單位與人士之熱心協助，促成以科技專案投注ARTC之整體實驗室興建，於91年完成實車碰撞實驗室之細部規劃後，92年開始建置各項重要之實車碰撞檢測系統，以及安排檢測人員赴國外學習碰撞測試與人偶校正等各項技術，93年亦在科專先期研究計畫支持下，建立初步之實車碰撞電腦輔助工程(Computer-AidedEngineering，以下簡稱CAE)分析技術，以期未來能以所建置之實車碰撞技術為基礎，結合國內產、官、學、研各界之車輛安全技術能量，共同提供國內一個完善之車輛安全研究發展基礎環境。93年底，國內首座「實車碰撞實驗室」終於展現在國人面前，期待透過國內產、官、學、研各界的充分運用，日後能對於提昇國內車輛產品安全之研發以及增進社會大眾行車安全做出豐富且重要的貢獻。本文將就國內實車碰撞技術包括測試與CAE分析技術以及未來之發展規劃加以簡要介紹。二、實車碰撞測試技術介紹實車碰撞測試技術主要分為兩大類，一為法規檢測技術，例如依據歐洲法規之前面偏置、側面與後面碰撞，美規前面全寬及角度碰撞與中國大陸之前面全寬碰撞等法規檢測技術。一為執行車輛產業或政府機關委託之研究財團法人車輛研究測試中心/孟億里/許文賢/李肇豪/吳建勳車輛研測資訊2005-0129車輛研測資訊實車碰撞技術介紹與未來發展規劃測試技術，如以高速撞擊或進行不同碰撞型式之研究、另外包括追加車體內部或碰撞人偶各部位之碰撞行為分析，或進行事故重建模擬等。以下將針對實車碰撞測試項目、實車碰撞測試設備以及實車碰撞測試方法三方面，概要介紹實車碰撞測試技術，說明如下。(一)實車碰撞測試項目實車碰撞測試之基本項目包括前面固定壁碰撞、側面台車碰撞、後面台車碰撞、靜、動態翻滾及全車碰撞模擬測試(HYGESLED)等，國外已行之多年，相關之測試技術亦皆已發展成熟，至於進一步提昇車輛與人員碰撞安全之各項先進研究性測試技術，則仍在持續研究發展中。目前本實驗室已建立之實車碰撞測試項目包括：1.歐規ECER94之前面碰撞測試(偏置碰撞)。2.中國大陸法規CMVDR294之前面碰撞測試(全寬碰撞)。3.美規FMVSS208之前面碰撞測試(含角度碰撞)。4.歐規ECER95之側面碰撞測試。5.歐規ECER34之後面碰撞測試。6.歐規ECER16、ECER44波形之零組件碰撞模擬測試。7.前撞人偶與側撞人偶之校正測試。8.車對車正撞測試。9.車對車側撞測試。(二)實車碰撞測試設備ARTC「實車碰撞實驗室」主要涵蓋兩大系統，一為「實車碰撞主系統」所涵蓋之設備包括碰撞主系統、零組件碰撞模組、燈光系統、人偶與感測系統、高速攝影系統、資料擷取系統及尺度量測系統等；另一為「零組件碰撞模擬系統」，採分軌設計規劃(如圖2.1，2.2)，未來提供產業測試服務時，將更具機動性。碰撞主系統可曳引之車重達5公噸，可執行之碰撞速度在5公噸時可達80km/hr；在2公噸時可達100km/hr；速度之控制精度為±0.5km/hr。在零組件碰撞模組方面，因近年來，安全系統被要求更精密與完善，空氣囊已成為汽車標準裝備，為考量側面碰撞之普遍需求，零組件碰撞模組須能提供「高頻」之測試能量，因此，本實驗室採用如圖2.3，2.4之「伺服加速模擬（SERVO－ACCELERATORSLEDSYSTEM簡寫SASS）」系統；其功能除了可產生法規之檢測波形外，更可直接透過電腦設定高頻之波形(可達400Hz)供研究測試用，同時本系統之承載能量可達3公噸(可將測試車直接固定於SLED上)，將足以提供產業於研發階段進行接近實車之碰撞模擬檢測，大幅降低研發成本。有關ARTC實驗室採用之設備規格功能及應用領域，30車輛研測資訊2005-01摘要說明如表2.1。(三)實車碰撞測試方法(以歐規前方碰撞為例)1.設定測試條件測試車之碰撞方向與碰撞固定壁呈90度之垂直方向，朝正面撞擊架設於固定壁前方之蜂槽鋁(ECER94法規用)，撞擊速度為56-0+1km/h。車身寬度須和方向機柱側與固定壁上之蜂槽鋁重疊，重疊部份為40%±20mm。ARTC之設備可將小型車曳引至100km/hr，加速距離為196公尺，於碰撞壁前0.6公尺自由釋放，曳引系統採雙向曳引，使用三相AC400~480VAC之600HPDC馬達，故已具備高速碰撞之研究能量。2.整備測試車輛測試車須為連續生產之車輛，且其車內之配備須為標準配備。測試進行時，為了安全起見，燃油與引擎油與其它油料製品均以等重之水替代，一般法規檢測，以90%等重之水取代，並以不拆除車輛結構件為原則。在車上允許超過25kg的量測設備，但在其他部位需減輕其重量，且必須不影響其測試結果。車上之量測設備，不可使輪軸之負載比例超過5%，或每一輪軸之荷重變異超過20kg。方向盤若可調整，必須調至車廠設定之位置，否則調至可調整範圍之中間位置。測試時，方向盤須處於直進之方位，曳引結束時方向盤須為可自由轉動狀態。排檔排至空檔，且腳踏板須在正常未踩下位置，若為可調整式，則須調至中間位置或製造者所指定之位置。可移動之車窗須關閉，但為測試量測需要，可與製造者協調將車窗玻璃降下。車門須關閉但不鎖住。若有可開啟式或可拆式車頂，原則上須將車頂裝上且關閉，但若為測試量測需要，與製造者協調同意後則可以開啟。遮陽板須為收起的位置。車內後視鏡須為正常使用位置。扶手若為可調式則須為最低位置，但若影響人偶置放位置除外。座椅位置調整方面，頭枕須調至最高位置，前座椅調至其前後可移動之中間位置，若無法調至剛好中間，則調至最接近中間之卡榫位置，椅墊高度則調至製造者設定之位置。座椅椅背調至製造者建議之常用角度，若無建議值則調至垂直向後25°位置。後座若可調整須調至最後位置。測試人偶之整備乃採HYBRIDIII五十百分位人偶，前座位置各置放一具人偶。人偶須穿著FMVSS208中78051-292及293規定之棉質短袖衫與及膝短褲或與其相當者。另量測儀器及人偶，需於測試前，靜置於室溫19℃至22℃間，使量測儀器及人30車輛研測資訊2005-01摘要說明如表2.1。(三)實車碰撞測試方法(以歐規前方碰撞為例)1.設定測試條件測試車之碰撞方向與碰撞固定壁呈90度之垂直方向，朝正面撞擊架設於固定壁前方之蜂槽鋁(ECER94法規用)，撞擊速度為56-0+1km/h。車身寬度須和方向機柱側與固定壁上之蜂槽鋁重疊，重疊部份為40%±20mm。ARTC之設備可將小型車曳引至100km/hr，加速距離為196公尺，於碰撞壁前0.6公尺自由釋放，曳引系統採雙向曳引，使用三相AC400~480VAC之600HPDC馬達，故已具備高速碰撞之研究能量。2.整備測試車輛測試車須為連續生產之車輛，且其車內之配備須為標準配備。測試進行時，為了安全起見，燃油與引擎油與其它油料製品均以等重之水替代，一般法規檢測，以90%等重之水取代，並以不拆除車輛結構件為原則。在車上允許超過25kg的量測設備，但在其他部位需減輕其重量，且必須不影響其測試結果。車上之量測設備，不可使輪軸之負載比例超過5%，或每一輪軸之荷重變異超過20kg。方向盤若可調整，必須調至車廠設定之位置，否則調至可調整範圍之中間位置。測試時，方向盤須處於直進之方位，曳引結束時方向盤須為可自由轉動狀態。排檔排至空檔，且腳踏板須在正常未踩下位置，若為可調整式，則須調至中間位置或製造者所指定之位置。可移動之車窗須關閉，但為測試量測需要，可與製造者協調將車窗玻璃降下。車門須關閉但不鎖住。若有可開啟式或可拆式車頂，原則上須將車頂裝上且關閉，但若為測試量測需要，與製造者協調同意後則可以開啟。遮陽板須為收起的位置。車內後視鏡須為正常使用位置。扶手若為可調式則須為最低位置，但若影響人偶置放位置除外。座椅位置調整方面，頭枕須調至最高位置，前座椅調至其前後可移動之中間位置，若無法調至剛好中間，則調至最接近中間之卡榫位置，椅墊高度則調至製造者設定之位置。座椅椅背調至製造者建議之常用角度，若無建議值則調至垂直向後25°位置。後座若可調整須調至最後位置。測試人偶之整備乃採HYBRIDIII五十百分位人偶，前座位置各置放一具人偶。人偶須穿著FMVSS208中78051-292及293規定之棉質短袖衫與及膝短褲或與其相當者。另量測儀器及人偶，需於測試前，靜置於室溫19℃至22℃間，使量測儀器及人車輛研測資訊2005-0131車輛研測資訊實車碰撞技術介紹與未來發展規劃偶之溫度處於穩態。3.記錄碰撞過程為記錄車輛碰撞之車體變形過程，測試車須進行攝影部位之標線與噴漆裝飾以增加高速攝影之判讀，ARTC規劃之數位式高速攝影系統可運用至12個攝影鏡頭，鏡頭類別包括F-mount，20-70mm，F2.8四個與分離式攝影機可接四個鏡頭等，實驗室亦規劃底部攝影機坑與燈光系統設計，故可進行車體底部攝影，同時車輛中心採用專業化之移動式燈光，配合On-Board耐衝擊攝影機可進行車輛內部攝影及影像分析，攝影速度在高解析度狀況下，通常設定在1,000fps以上(法規要求500fps以上)；高速攝影系統位於左右兩側之側視位置，可記錄車輛之運動行為，其中一部架設於車輛碰撞軌道區上方，以利觀測車體之偏移角度。一部架設於車輛碰撞軌道區下方之攝影機坑，以利觀測車輛底盤之變形行為，若配合TEMA影像分析軟體，可進行六個自由度影像分析，故可解析車體變形之時間變化與各軸向之旋轉角度等。以下簡要說明碰撞過程中之影片分析方法。在記錄碰撞過程之運動行為，通常定義前保險桿與碰撞壁面之接觸瞬間為0ms。並計算前輪碰撞固定壁面發生之時間點，且量測車體之前端(Frontend)結構發生變形量。當碰撞速度下降至接近0時，代表最大變形量之發生時間點，並加以記錄之。一般測試中，車體在產生最大變形時，其尾部幾乎往上舉起，即所稱之P