10 車輛研測資訊 100期 2014-06

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一、前 言

民國90年國內開始實施周休二日，隨即帶動

一股假日休閒旅遊的風氣，也順勢影響民眾的用車

習慣，其中國人俗稱休旅車 (Sport Utility Vehicle,

SUV）（圖1）的車型，因具備有較大、較舒適的

空間機能，以及輕度或廣泛的越野功能，有利於上

山下海不同地形的操駕等特點，符合家庭成員共同

遊憩的行動需求，因而開始成為消費者購車的新選

擇，反應在車市上也有相當不錯的成績。

事實上，SUV車型在一向偏愛大車的歐美地區

則是流行已久，尤其是幅員廣大的美國，SUV佔總

銷量的比例約可達1/3。但儘管SUV具有上述優點，

但因其較高的車身代表著較高的車輛重心，對車輛

動態行駛穩定性（或翻覆穩定性）不免有著負面影

響。早在1980年美國IIHS報告就曾指出，如SUV的

多功能車(Utility Vehicles)較一般乘用車(Passenger

Cars)翻覆可能性高出5倍（圖2）。同時，根據美

國NHTSA車輛事故統計報告，多功能車所造成死

亡或傷殘可能性也較一般乘用車高出2倍；且因車

輛翻覆而死亡人數有逐年攀升的趨勢，從1970年

代每年約造成1,000人死亡，至2007年已大幅增加

為10,000人。當然，因此也促使美國交通主管機

關開始正視這個問題，除於1971年制定「FMVSS

208車輛動態翻滾」標準外，更在1973年又提出

「FMVSS 216車頂強度」標準（以下簡稱FMVSS

216），至2008年再進一步頒布「FMVSS 126車輛

動態穩定控制系

統」標準，其目

的無非是要提高

車輛安全性，從

而降低事故的傷

亡率。

FMVSS車頂強度標準 與乘員安全

車輛研究測試中心 陳志旭

▲ 圖1、SUV車型

▲ 圖2、SUV車輛翻覆事故[1]

什麼是FMVSS ?由美國交通部的國家公路交通安全管

理局(NHTSA)所制訂之車輛安全、防盜、油

耗等相關標準，即為「聯邦機動車輛安全標

準」 (Federal Motor Vehicle Safety Standards)，簡稱FMVSS。由於其位列於美國聯邦法規中

的第49條571項，故也被稱為49CFR571，通

常後面會再加上F M V S S的法規編號，例如

49CFR571.208，即表示此項規定是為出自於

FMVSS 208之規範。

車輛研測資訊 100期 2014-06 11

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二、車輛翻覆穩定性標準發展歷程

當車輛發生翻覆事故時，車頂結構強度的優劣

絕對是影響傷亡的重要關鍵。美國從1970年代起開

始研究車輛翻覆穩定性（Rollover Stability）相關

法規標準；1971年，NHTSA即發展出具有較高重

現性的測試，並由此制定FMVSS 208(Dolly rollover

test)-規定乘用車於1975年後應符合要求；輕型貨

車(Light trucks)及多功能車則應於1977年後符合要

求；但在1973年又發布新的標準FMVSS 216，以

替代FMVSS 208(車廠可以在1977年FMVSS 208廢

除前擇一符合採用。)至1989年NHTSA又提案擴大

FMVSS 216適用範圍至輕型貨車(Light trucks)、客

貨兩用車(Vans)及巴士(Buses)；1991年再發布擴大

適用至總重小於2,722公斤(6,000磅)之輕型貨車。

雖然NHTSA一直積極改進車輛翻覆穩定性相

關法規標準，但在1994年，NHTSA也公開表示：

事實上，沒有任何單一法規或行政程序可以完全

解決車輛翻覆風險，重點在於必須確認車輛尺度

與翻覆可能性之因果關係及加強相關統計分析工

作，因此後續也暫停了發展相關法規標準。另一

方面，車輛專家也意識到無論是FMVSS 208或是

FMVSS 216，主要都是驗證車身結構安全性，卻無

助於事故的預防。所以應該轉而探究更積極性的方

式才對，也因此，後續便催生出電子車身穩定系統

(Electronic Stability Control Systems, ESC)的發展，

並在其技術逐漸成熟並被廣泛應用後，FMVSS 126

ESC標準也於2008年正式頒布。

為了吸引消費者注意及提供車廠作為改進的

參考，NHTSA從2000年開始採行靜態穩定性係數

（Static Stability Factor, SSF）作為新車五星評價

（Five-Star Rating System）評定標準的一部份（表

1）。SSF值為車輛輪距(T)與2倍重心高(H)的比值

(SSF=T / 2H，如圖3)，SSF越大表示車輛翻覆可能

性越低，藉此評比於哪些車輛比較容易翻覆；並在

2003年，將動態翻覆測試列入為新車碰撞評價(New

Car Assessment Program, NCAP)的項目。

三、車頂強度試驗發展歷史

1. 為了減少車輛於翻覆事故發生時，因車頂結構

壓垮而造成乘員傷亡，車輛專家們對於車頂強

度也十分重視；關於其試驗的技術，最早可

追溯至1963年，換言之，此技術發展迄今已

逾50年。美國於1971年發佈FMVSS 216（圖

4）內容也涵蓋了車頂強度規範，明訂適用車

▲ 圖3、車輛輪距與重心

▼ 表1、NHTSA翻覆穩定性評價星等與SSF關係[2]

NHTSA 翻覆穩定性評價星等與 SSF 關係

星等 SSF 翻覆風險 備註

★ 等於或小於 1.03 翻覆風險高於 40%代表車型為 SUV

★★ 1.04~1.12 翻覆風險介於 30%~40%

★★★ 1.13~1.24 翻覆風險介於 20%~30%代表車型為乘用車(passenger cars)

★★★★ 1.25~1.44 翻覆風險介於 10%~20%

★★★★★ 等於或大於 1.45 翻覆風險低於 10%

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輛為額定總重（Gross Vehicle Weight Rating,

GVWR）小於2,722 公斤之車輛(Passenger

cars, multipurpose passenger vehicles, trucks and

buses)；並規定左右兩側車頂前方部位分別受

到擠壓平板施加等於1.5倍空車重之力量後(但

不超過22,240 牛頓)，平板移動距離不超過127

mm。

一如車輛翻覆穩定性標準的制定歷程，車

頂強度試驗的發展過程同樣爭議不斷，NHTSA

工程師(William Chu)曾經在2004年主動提出數

個關於FMVSS 216試驗的缺點，包含單側車頂

測試、車頂與地面有連續碰撞的效應等因素，

其原因在翻覆碰撞事故發生時，車頂與地面之

間的碰撞行為有近側（Near Side或First Side）

及遠側（Far Side或Secondary Side）的分別;

（圖5），其間勢必有所差異及疑慮，例如：

(1) 遠側和近側的碰撞行為明顯不同。

(2) 遠側有較大的碰撞傾斜角（Pitch Angle）及

翻覆角（Roll Angle）。

(3) 第一次碰撞(近側)後，前擋玻璃等結合物破

裂，致使第二側(遠側)強度大幅減少。

(4) 單側測試不足以正確評估乘員傷害。

(5) 當近側以重量強度比1.5 (SWR = 1.5) 通過測

試，但遠側卻無法通過相同條件的測試。

由此可知，實際翻覆碰撞行為複雜許多，

而且後續各界才開始對「單側」或「雙側」車

頂強度測試有更深入的討論，並形成具體結

論，包括：

(1) 對於多次翻轉翻覆的嚴重事故，採兩側測試

較具代表性。

(2) 兩側測試可協助確定在第一側碰撞後，第二

側對乘員是否具保護作用。

(3) 此項要求並非要呈現單側及兩側測試的差異，

而是車輛兩側結構都同時須滿足法規要求。

綜合以上，才演化至如今現行的FMVSS

216，由原本的單側車頂強度測試修訂為兩側

車頂皆需測試。

▲ 圖4、FMVSS 216車頂強度試驗方法示意圖

▲ 圖5、車輛翻覆行為的遠側及近側碰撞

roll angle

pitch angle

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四、重量強度比SWR的爭議

在2009年以前，FMVSS 216試驗要求SWR為

1.5，但實務上，各界對於SWR大小認定一直存在

著爭議，主要原因在單一SWR未必能反應真實事

故狀況；除此之外，根據美國高速公路安全保險

協會（Insurance Institute for Highway Safety, IIHS）

統計，SWR若由原本1.5提高至2.5，可降低24%事

故風險，若更一步提高至4.0則可降低50%的事故

風險。再者NHTSA 也的確觀察到許多實際翻覆事

故中，車頂潰縮侵入量皆大於FMVSS 216的要求

（127 mm），因而暫時決定SWR等於2.5較具代表

性。針對於此，車廠也對單一SWR試驗要求所產

生的盲點提出不同意見，譬如，以A車及B車兩部

車為例，A車重輛小於B車（圖6），當依據“SWR

＝ 施加力量 / 空車重量”可知，A車所需施加力

量小於B車，這也代表A車比較容易符合要求。換

言之，較重的車輛就需有較強的車體結構，相對

的就會增加造車成本及重量，此時NHTSA先前建

議的SWR=2.5就顯得太過嚴苛。於是，NHTSA隨

之修訂了MVSS 216，將為車輛總重小於2,722公斤

(6,000 磅)之車輛採用SWR等於 3.0；大於2,722公斤

且小於等於4,536公斤(10,000 磅)之車輛則採用SWR

等於1.5之標準。

五、通過車頂強度試驗就真能保護乘員!?

FMVSS 216依據SWR對車頂施加力量後，其擠

壓平板移動距離不能超過127 mm，然而車頂強度

能夠符合法規要求是否就足以保護乘員避免遭受嚴

重傷害？車頂強度評價標準到底是觀察擠壓平板移

動距離或是車室空間淨高？實際上車輛翻覆事故狀

態多變，造成車頂變形樣態及程度不一（圖7），

對乘員傷害程度亦有不同，當法規在要求車體結構

強度（變形量）時，究竟能否因此而提供乘員適當

的保護？這個問題繼「單側」「雙側」及SWR的討

論之後，又成為進一步探討的主題。，

有人主張使用Hybrid Ⅲ人偶評價車室空間淨

高，且亦應要求擠壓平板移動距離 (127 mm)，兩者

兼俱。車廠則認為車室淨高評價會增加測試程序的

複雜性，且有重現性及可行性的問題；同時人偶在

測試過程中擺放位置、不同內裝材、座椅型式等將

造成不可預期的測試結果變異，甚至提出車室淨高

的要求會與FMVSS 201 & 201U(車體內部物乘員碰

撞保護)衝突等衍生問題。

▲ 圖7、車頂變形樣態[5]

▲ 圖6、採行單一SWR的盲點

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雖然各界意見不一，但導入人偶以評價車

室淨高的方向卻是共識，2 0 0 9年N H T S A發布

升級版的F M V S S 216a，並以階段性的要求，

規定2 0 1 5 . 0 9前所有車種都必須符合。其內容

主要是依據SAE J826 (DEVICES FOR USE IN

DEFINING AND MEASURING VEHICLE SEATING

ACCOMMODATION)，以H-Point人體模型裝置

（圖8）替代Hybrid

III人偶，並將人體模

型裝置調整至50th百

分位之尺寸以設定試

驗時之座椅及相關配

置，當車頂受力潰縮

接觸到人體模型頭

部，安裝在頭頸部的

感測器擷取力量值

以判斷乘員傷害情

況（圖9）。至此，

FMVSS 216歷經「單/雙側」、SWR及乘員傷害評

價等不同議題，透過不斷地討論與修訂，才成為如

今更為周全的版本-「FMVSS 216a」。

六、結 語

本文從一開始的車輛翻覆測試談到車頂強度

測試，不僅介紹了FMVSS 216一路走來的發展歷

程，也可看出在各方的研究下顯示，在車輛翻覆事

故中，乘員與潰縮的車頂結構之間存在相對運動，

一方面潰縮的車頂（Roof intrusion）會壓迫乘員的

頭頸，另一方面乘員本身會因慣性力作用而下潛

（Diving）衝撞潰縮的車頂（圖10），因此，會對

乘員造成傷害的主要原因就是在於潰縮的車頂結構

壓縮了乘室空間。同時這也代表較弱的車頂結構，

即可能會提高乘員的傷害風險，唯有保持適當的生

存空間才可能減少頭頸傷害。這也正是FMVSS 216

的制定精神。

目前全球有三大車輛安全技術法規體系：美

國FMVSS、聯合國ECE法規和歐洲地區EC指令及

全球技術法規GTR；但其中僅有FMVSS制定了車

頂結構強度的相關規範，對照現今人們對車輛安全

的高度重視，以及車輛型式日趨多元複雜的現況

下，已有中東國家（區域組織）採行FMVSS 216標

▲ 圖8、頭枕量測裝置（Head Restraint Measuring Device, HRMD）

[6]

▲ 圖9、FMVSS 216a車頂強度試驗之乘員傷害評價[7]

▲ 圖10、潰縮車頂與乘員之相對關係

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專 題 報 導

準要求，相信未來還會有更多國家也將跟進，參照

FMVSS制定相關法規，並納入強制規範項目，以保

障地區內用車人的安全，此一發展趨勢也值得國人

及產業人士多加關注。

參考資料

[1] http://deshawlaw.com/oregon-auto-car-accident-

lawyers/

[2] http://www.safetyresearch.net/safety-issues/

rollover-stability/

[3] Paula Lawlor, Tood Tracy. "Roof Crush

I n t r u s i o n." P e o p l e S a f e I n R o l l o v e r s

Foundation, 2009

[4] Federal Motor Vehicle Safety Standards;

Roof Crush Resistance; Phase-In Reporting

Requirements. NHTSA, DOT, 2009.

[5] Young D., et., al. ROLLOVER CRASHES

SAFETY. Monash University.

[6] http://articles.sae.org/11856/

[7] https://www.youtube.com/watch?v=APgPScmeSaA