转向机构的位移与接触载荷
方向盘在正常驾驶中传递操纵转矩,在正面碰撞中也可能成为驾驶员躯干和头部的接触部位。理解转向机构的防护,需要同时看车身变形怎样传到方向盘,以及驾驶员接触方向盘时受到怎样的作用。
这两种过程可以发生在同一次事故中,试验却需要分别控制输入。联合国第十二号法规,用整车碰撞评价转向柱的位移,用躯干冲击评价作用力,再用头型冲击评价不同位置的减速度。各项结果共同描述安全性能,一项合格不能代替其他项目。
本期采用已生效的零五系列初版。通常范围为 M 一类车辆,以及最大允许质量小于一千五百千克的 N 一类车辆;其他车辆可以按制造商请求适用。这里的一千五百千克是严格小于的边界。欧洲法规清单仍列零四系列,并接受符合相应条件的后续系列作为替代,技术版本和市场采用条件需要分别确认。
先看转向机构的结构。驾驶员握住方向盘轮缘,轮辐连接轮缘与轮毂,轮毂把转矩传到转向轴。转向柱是包围转向轴的壳体,安装附件再把机构支承在车辆上。法规还把转向器壳体和参与碰撞吸能的部件纳入这一机构。
如果前部结构在碰撞中变形,位移可能沿转向轴连接传来,也可能通过转向柱安装点传来。可溃缩连接提供相对运动行程,但能否发挥作用,要看连接方向、支承状态和剩余空间。仅知道车辆采用了可溃缩转向柱,还不能得到规定测点会移动多少的结论。
整车试验首先解决测量基准。汽车在碰撞中整体运动,乘员舱也可能俯仰。如果只看方向盘在摄影画面里相对地面移动多少,就混入了车辆整体运动。法规要求测转向柱和转向轴顶部,相对于车上不受碰撞影响参考点的距离变化。
两个方向分别测量。一个是水平向后,另一个是垂直向上,方向以试验前静止乘员舱为基准。两个方向的上限分别是一百二十七毫米,不把它们合成一个空间距离再比较。
取值时刻也很重要。碰撞过程中机构可能先移动,再回弹,因此过程最大位移与最终残余位移可能不同。第十二号法规这项试验保留的是碰撞期间的最大值。两个方向的峰值也不必同时出现。原始值还要与规定修正和最终判定值分开保存,不能只留一个写着合格的结果。
这一试验的速度范围是每小时四十八点三至五十三点一公里。更高速度且满足规定要求时可以接受,低于规定范围并没有同样的接受条件。车辆状态、燃料填充、质量分布和方向盘调节位置也属于输入。默认不放假人;请求使用假人时,假人在任何时刻都不能妨碍转向机构运动,其质量也不计入本项试验质量。
质量变化能否复用结果,还要看结构条件。法规对较重变型规定了特征保持相同、质量不超过原型的一点二五倍,以及计算后仍满足要求等条件。一点二五倍不是单独的免试许可。速度修正公式的采用依据也须确认,未澄清的文本排版不能直接变成自动判定算法。
再看躯干冲击。此时车辆相关安装使用刚性固定的前车身,或者经同意的模拟框架。模拟框架须保持几何布局,刚度还应高于真实前车身与转向机构的组合。否则夹具本身的让位会改变测得作用力。
躯干冲击器质量为三十四至三十六千克。它沿近似直线、平行车辆纵轴运动,接触时与推进装置完全脱开。其标记高度与座椅的设计 R 点处于同一水平面。这里限定的是高度,不要求两个三维点重合。
冲击速度为每小时二十四点一公里,允许每小时一点二公里的正容差,没有对应负容差。测试要覆盖最刚轮辐和最柔部位;带气囊时默认充气,未充气状态需要满足规定的请求和同意条件。
这项试验的最大作用力换算为牛顿,不超过一万一千一百一十牛。方向是水平且平行车辆纵轴。使用多通道或分体冲击器时,要在同一时刻把各部分的力相加,再取合力最大值。把不同时间出现的各通道峰值相加,会得到另一个量。
头型试验的关注点是方向盘局部接触。规定装置是六点八千克、半球冲击面直径一百六十五毫米的线性导向头型。方向盘平面垂直冲击方向,每次使用新的操纵装置。
至少三个位置分别是轮毂中心、最刚或支撑最强的轮辐与轮缘连接处,以及最短无支承轮缘段的中点。最后这个位置要让头型击中范围不包含轮辐。还可能要求增加第四个最不利点。
头型速度同样是每小时二十四点一公里,但它没有直接沿用躯干试验的每小时一点二公里正容差。两个项目的设备、推进条件、测量通道也各有规定。
头型减速度有两项同时适用的限制。两个测量通道先按同一时刻读数求平均。平均减速度超过八十个重力加速度的累计时间,不超过三毫秒;同时,减速度在任何时刻都必须低于一百二十个重力加速度。
累计时间意味着,分开的两次超限也要相加。峰值限制则是严格低于一百二十,恰好达到这个数值也不满足。只核对波形最高点,或者只核对单个脉冲的宽度,都没有完成这两项判定。
接触还涉及表面状态。冲击前,规定球体可以接触的朝向驾驶员表面要检查粗糙和尖锐边缘。每次躯干或头型冲击后,还要检查有无增加伤害风险的边缘。试前的半径条件与试后的危险性判断分别使用,不能把同一个数值无条件套到两个阶段。喇叭控制和安装附件还需避免在正常驾驶动作中勾挂衣物或首饰。
车辆相关试验和单独批准的方向盘也需要分开。单独批准只适用于不含气囊的转向操纵装置,采用规定专用夹具和溃缩空间。若改用指定车型的安装条件,覆盖也限于指定车型。通用装置的柱角范围、相对位置以及适配器吸能特性,都要有对应证明。
电驱动车辆在机械防护之外,还要评价碰撞后的电气危险。适用范围包括驱动高压系统,以及与其高压母线电连接的高压系统。回路边界按法规的工作电压和特定电压条件确定,不能把所有相连低压线束一并当成高压母线。
先明确试验前的能量状态。外部充电的储能系统按正常程序达到最高参考荷电状态,试验时不低于这一参考值的百分之九十五。仅靠车载电源充电的系统,试验时不低于正常运行可达到最高参考值的百分之九十。两个比例都相对于规定参考状态,不是统一按电池额定容量写固定百分比。
碰后防触电可以采用无高压、低电能、物理防护或绝缘电阻路线,每条都有自己的条件。规定的自动断开或行驶中导电分割功能激活后,要对相应电路分别评价。
零五系列中,无高压路线的规定电压在碰后十秒至六十秒测量。低电能路线的电容计算也使用相应时间窗口,并采用完整的二分之一乘电容再乘电压平方。总能量和两个对地 Y 电容能量分别小于零点二焦耳,不能只看一个合计结果。
物理防护既要防止试指直接接触高压带电部分,也要满足外露导电部分的连接电阻要求。绝缘路线则先区分相互电隔离的交流、直流母线与导电连接的组合母线。组合母线采用较低绝缘门槛时,交流部分必须同时满足相应物理防护或者无高压条件,不能只留下较低的数值。
试验时故意不通电也有限制。对应部分需用物理防护或绝缘电阻,并结合适当附加证据证明保护。行驶时不通电的充电耦合系统不受这一特殊二选一路径限制,但并未因此免除适用的碰后安全评价。
绝缘测量还有不同时间规定:相关测量至少在碰后十秒进行,不能把六十秒上限推广到所有方法。计算绝缘电阻的单位电压值时,要除以母线工作电压,不能改用碰后已经下降的残余电压。具体接线、公式和完整试验条件可在配套文字中对照。
防触电要求满足后,储能系统仍须评价泄漏、连接保持和热事件。水系电解液不得进入乘员舱,舱外泄漏同时不超过总电解液体积的百分之七和五升。非水系液态电解液不得泄漏到乘员舱、行李舱或车外,没有沿用上述容许量。
这些泄漏要求的观察期从碰撞开始至碰后六十分钟。储能系统还须至少保留一个固定点、支架或传递载荷结构的连接;原来在乘员舱外的储能系统不得侵入乘员舱。同一六十分钟观察期内不得有储能系统火灾或爆炸证据。
已有其他正面碰撞法规结果时,可以按第十二号法规的具体接口使用。例如,指定的转向位移要求可由第九十四号或第一百三十七号法规对应要求证明。躯干替代还需要方向盘气囊,以及同一法规中指定的胸部压缩和黏性指标同时满足。电安全替代限定为第九十四号法规零四系列,或第一百三十七号法规零二系列的对应完整要求组,包括防触电、泄漏、保持以及火灾爆炸。这些关系都没有自动解除头型冲击要求。
转向机构的工程判断,最终要回到改变了哪条受力路径和哪项输入条件。安装支架变了,需分析车身支承运动和溃缩余量;轮辐或材料变了,需核对接触载荷、选点与试后边缘。法规把这些影响分成可测量的项目,完整记录才能说明结果究竟覆盖哪一种车辆和装配状态。