車對車小重疊率追尾碰撞的仿真研究

趙博洋+張耀偉+吳玉寶

摘 要：汽車在高速追尾碰撞中對乘員造成傷害極大，為了研究車對車小重疊追尾碰撞的耐撞性，根據(jù)北美聯(lián)邦機動車安全法規(guī)新FMVSS301要求，聯(lián)合LS-DYNA與HyperWorks軟件，建立了兩車以30%重疊率碰撞的有限元仿真模型。通過對該種工況仿真計算，從整車碰撞動態(tài)響應(yīng)、側(cè)圍門框和前圍板侵入量來進行定性和定量分析，結(jié)果表明：在追尾車碰撞速度為80km/h的情況下，被追尾車耐撞性能和安全性更差。

關(guān)鍵詞：汽車安全性；車-車碰撞；小重疊追尾碰撞

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.04.187

0 引言

汽車追尾碰撞是高速公路上發(fā)生的主要事故。在2008年高速公路交通事故統(tǒng)計中指出了汽車追尾所造成的事故次數(shù)所占比例高達44.86%[1]。北美聯(lián)邦機動車安全法規(guī)新FMVSS301要求機動車必須在v=80±1.0 km/h后碰撞中保持燃油系統(tǒng)的安全性[2]。

目前，國內(nèi)一些學者對汽車追尾碰撞耐撞性和燃油系統(tǒng)的安全性等問題展開了研究。喬維高[3]仿真研究了某型皮卡車追尾帶有后防護裝置壁障的碰撞過程，通過仿真分析優(yōu)化設(shè)計出新型吸能式汽車后防護裝置結(jié)構(gòu)。

然而，上述研究只考慮了追尾車與被追尾車全重疊追尾碰撞。對小重疊率追尾碰撞研究較少。而且在實際交通事故中兩車會隨機產(chǎn)生不同重疊率追尾的情況，所以有必要根據(jù)北美聯(lián)邦機動車安全法規(guī)新FMVSS301要求，聯(lián)合LS-DYNA與HyperWorks軟件，對小重疊率追尾碰撞展開仿真研究。

1 汽車追尾模型的建立

本文選擇兩輛福特SUV Explorer作為研究車型，為了減小個體差異性和簡化計算的時間，選擇了同一款車型。設(shè)定的工況為：初始速度v = 80 km/h追尾車與初始靜止的被追尾車以30%重疊率發(fā)生碰撞。利用HyperWorks和LS-DYNA軟件建立兩車追尾碰撞的仿真模型，時間設(shè)定為150 ms，如圖1所示。該有限元模型中總共有1 447198個單元，1 449259個節(jié)點。

2 汽車碰撞仿真模型結(jié)果分析

汽車追尾碰撞仿真計算結(jié)果可以從定性和定量兩個方面來綜合分析。定性分析主要是對整車的外觀形狀的變形和運動狀態(tài)直觀分析評價；定量分析主要依據(jù)參與變形部件的侵入量對車體結(jié)構(gòu)耐撞性進行評價。

2.1 整車碰撞動態(tài)響應(yīng)分析

如圖2所示為整車碰撞過程當中車體在150ms碰撞時刻的動態(tài)響應(yīng)圖。整個碰撞計算結(jié)束后，通過整車在不同碰撞時刻的動態(tài)響應(yīng)來定量的分析車體結(jié)構(gòu)安全性。

2.2 側(cè)圍門框和前圍板侵入量分析

根據(jù)兩車在150ms時刻碰撞變形響應(yīng)圖可以直觀的看出追尾車乘員艙完整性比較好，但是被追尾車乘員艙產(chǎn)生了較為嚴重的變形，減少了乘員的生存空間。所以有必要對被追尾車乘員艙定量的展開分析和評價。圖3所示是在HyperView軟件中對側(cè)圍門框侵入量進行測量從而間接的反應(yīng)乘員艙侵入情況。

選擇了a、b和c三個測量點進行測量乘員艙的上中下部，由a、b和c三條曲線可以清楚的看出側(cè)圍門框的侵入量超過了1200mm，側(cè)圍門框中間位置即a點測量位置侵入量比b和c大。從而能夠看出被追尾車乘員艙的完整性差，并且侵入量大，對乘客的安全造成了嚴重的威脅。

汽車前圍板侵入量的大小在一定程度上對前排乘員造成不同程度的傷害。通過整車變形響應(yīng)圖可以看出被追尾車前圍板完整性較好。追尾車前圍板有點變形，但是從動態(tài)中可以看出追尾車前艙變形小，從而前圍板侵入量不會太大，對追尾車前排人員不會產(chǎn)生太大的傷害。追尾車和被追尾車位移侵入都比較小，對于追尾車而言最大侵入量只有117.2mm，對前排乘員不會產(chǎn)生較大的安全傷害。

3 結(jié)論

通過對該種工況仿真計算，從整車碰撞動態(tài)響應(yīng)、側(cè)圍門框和前圍板侵入量來進行定性和定量分析，結(jié)果表明：在追尾車碰撞速度為80 km/h的情況下，被追尾車耐撞性能和安全性更差。

參考文獻：

[1]楊濟匡，唐超群.轎車高速追尾碰撞中結(jié)構(gòu)耐撞性優(yōu)化設(shè)計[J].中國機械工程，2011，22（05）：616-620.

[2]徐業(yè)平，陶緒強，張宏波，等.中美歐汽車碰撞安全法規(guī)解析[J].合肥工業(yè)大學學報：自然科學版，2010，33（11）：1612-1617.

[3]喬維高，李章宏，凡樂等.新型汽車后防護裝置的碰撞仿真研究[J].武漢理工大學學報：信息與管理工程版，2014，36（01）：52-56.

作者簡介：趙博洋（1991-），男，新疆哈密人，助理講師，研究方向：車輛被動安全。endprint