10.16638/jki.1671-7988.2018.10.013
胥峰，陈伟艳，吴云兵，林德强
（卡达克机动车质量检验中心（宁波）有限公司，浙江宁波315336）
摘要：汽车顶盖作为整个车身最大的覆盖件，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。文章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。
关键词：车顶；抗压性能；法规解读；试验方法；IIHS-NCAP
第三代阁瑞斯中图分类号：U463.82 文献标识码：A 文章编号：1671-7988（2018）10-42-03
Experimental Study on Roof Crush Resistance of a Domestic SUV
Xu Feng, Chen Weiyan, Wu Yunbing, Lin Deqiang
（CATARC Automotive Quality Inspection Center (Ningbo) Co. Ltd., Zhejiang Ningbo 315336）
Abstract: As the largest cover for vehicle body, the automobile roof not only affects the overall appearance of the vehicle, but also plays an important role in maintaining the body structure and protecting the safety of the occupants. This paper has interpreted This article interprets the relevant laws on the roof resistance of the passenger cars, introduced the test equipment, and described the preparation of body sample, fixting method of the car body and the method of applying the load. Based on this, testing of roof resistance has been conducted on a car body of a domestic SUV. The results show that the performance of this prototype has reached the excellent level of IIHS-NCAP.
Keywords: Roof; Crush Resistance; Standard Interpretation; Testing Method; IIHS-NCAP
CLC NO.: U463.82 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2018)10-42-03风范本田
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[2]。
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[3]。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
作者简介：胥峰，就职于卡达克机动车质量检验中心（宁波）有限公司，工程师，研究方向：整车测试。
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胥峰 等：国产某SUV 车顶抗压性能试验研究
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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[4]。
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 。
英朗论坛图1 加载示意图
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。
表1 试验台主要技术参数
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。
文博追高铁调整好相对位置后，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。
图2 车身侧向固定
图3 前后方向固定
完成车身固定后应关闭所有车窗、关闭并锁好所有车门。
汽车实用技术
44 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。
图4 试验后样车状况
图5 载荷&位移随时间变化曲线
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/s 2。
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，国产整车企业在车身结构设计与制造工艺等方面取得了很大进步。
参考文献
飞度混动版[1] 张维刚，何文，钟志华.车辆乘员碰撞安全保护技术[M].长沙：湖南
大学出版社, 2007.
[2] RAINS G C, KANIANTHRA J N. Determination of the Significance
of Roof Crush on Head and Neck Injury to Passenger Vehicle Occupants in Rollover Crashes[J]. SAE Paper 950655.
[3] 张小云，张延松.轿车白车身顶侧围连接方式研究[J]，电焊机,2011,
07:50-53.
[4] 彭倩.轿车准静态顶盖抗压及动态翻滚虚拟试验研究[D].长沙：湖
南大学学位论文,2012:11.
[5] Office of the Federal Register. Federal Register, vol. 36, no. 236, pp.现代酷派
23299-23300.National Highway Traffic Safety Administration-Final rule.Docket no.2-6,Notice 5;49 CFR Part 571–Motor Vehicle Safety Standards.Washington,DC:National Archives and Records Adminis -tration, 1971.
[6] Office of the Federal Register. Federal Register, vol. 56, no. 74, pp.
15510-15517.National Highway Traffic Safety Administration-Final
rule. Docket no. 89-22, Notice 03; 49 CFR Part 571 – Motor Vehicle Safety Standards, Roof Crush Resistance. Washington, DC: Nation -al Archives and Records Administration, 1991.
[7] Federal Motor Vehicle Safety Standard No.216-Roof Crush Resis
tance,49 CFR Parts 571 and 585, May 12, 2009–Federal Motor Vehi -cle Safety Standards, Roof Crush Resistance. Washington, DC: Na -tional Archives and Records Administration.
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