汽車前后防護(hù)裝置吸能性研究

賈金山

摘要：汽車從原有的汽油作為動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，發(fā)展至今，已經(jīng)將電力能源作為未來發(fā)展方向。隨著汽車為人們的生活提供的便利，使得人們的經(jīng)濟(jì)和生活都發(fā)生巨大的變化，但也要注意到隨之產(chǎn)生的交通事故，嚴(yán)重的威脅到人們的生命安全。在眾多的交通事故中，汽車間的追尾事故最為常見，其中小型車由于速度過快，鉆入到卡車尾部，造成汽車嚴(yán)重變形的同時(shí)，駕乘人員會(huì)受到不同的生命傷害。所以，為提高車輛彼此間的碰撞安全性能，本文將汽車前后防護(hù)裝置吸能性作為研究方向，為我國(guó)汽車生產(chǎn)企業(yè)提供參考價(jià)值

關(guān)鍵詞：汽車；前后防護(hù)裝置；吸能性；研究

前言：

隨著人們生活水平不斷提高，許多家庭都購(gòu)買汽車作為生活用品。通過目前統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，隨著汽車數(shù)量的不斷增加，交通事故的發(fā)生率也大幅度提高。世界范圍內(nèi)，每年有120多萬(wàn)人死于交通事故，有上千萬(wàn)人成為殘疾。我國(guó)每年車禍會(huì)有10多萬(wàn)人死亡，上百萬(wàn)人致殘致傷，為社會(huì)和家庭造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。根據(jù)目前情況，不僅需要提高汽車安全性能，同時(shí)也要全社會(huì)共同治理交通情況。

1汽車碰撞中的乘員損傷機(jī)理及安全車身結(jié)構(gòu)

在當(dāng)前對(duì)汽車安全問題研究中，主要將提高駕乘人員安全措施作為主要對(duì)象，在碰撞時(shí)，能夠使汽車在被動(dòng)安全措施下進(jìn)行。在汽車發(fā)生事故中，分為一次碰撞和二次碰撞，車輛同外部發(fā)生碰撞為一次碰撞，在車內(nèi)人員同車輛為二次碰撞。如果汽車發(fā)生碰撞時(shí)，人體會(huì)受到生物、心理和機(jī)械傷害，另外駕乘人員受到事故傷害時(shí)，主要體現(xiàn)在這幾個(gè)方面：（1）當(dāng)人體受到一次碰撞時(shí)，會(huì)對(duì)人體極限產(chǎn)生巨大沖擊，由于人體無法承受后，會(huì)使身體造成傷害；（2）如果事故中，有外部堅(jiān)硬物體進(jìn)入到車內(nèi)，會(huì)對(duì)駕乘人員造成損傷；（3）當(dāng)發(fā)生一次碰撞后，可能會(huì)伴隨二次碰撞，進(jìn)而加重駕乘人員受傷程度；（4）如果汽車在高速的情況下發(fā)生事故，會(huì)由于受到劇烈的沖擊，使車內(nèi)空間瞬間減少，這樣會(huì)導(dǎo)致駕乘人員受到嚴(yán)重的傷害。目前在汽車設(shè)計(jì)和制造中，將汽車乘員安全區(qū)和緩沖吸能區(qū)，作為汽車安全設(shè)計(jì)主要內(nèi)容。在設(shè)計(jì)中，考慮事故發(fā)生嚴(yán)重的沖擊，要提高安全區(qū)變形能力，不會(huì)發(fā)生巨大的形狀改變，同時(shí)提升緩沖吸能區(qū)的總體剛度能力。但是提高緩沖區(qū)的剛度要求，會(huì)降低汽車緩沖吸能能力，導(dǎo)致汽車受到?jīng)_擊后，產(chǎn)生巨大的加速度，從而使駕乘人員受到傷害。結(jié)合緩沖吸能要求，應(yīng)降低緩沖區(qū)的剛性能力，提升可變形能力，從而降低發(fā)生碰撞時(shí)產(chǎn)生的作用力。由于這種關(guān)系的沖突性，在目前的汽車設(shè)計(jì)中，緩沖區(qū)會(huì)呈現(xiàn)外柔內(nèi)剛的結(jié)構(gòu)，同時(shí)在吸能區(qū)和安全區(qū)連接處，提高其剛性的要求，降低緩沖吸能區(qū)的外圍剛性，同時(shí)增加緩沖吸能能力的結(jié)構(gòu)。為提高駕乘人員的身體安全能力，都會(huì)安裝安全氣囊、安全帶和防撞鋼梁等安全裝置。同時(shí)將各種緩沖吸能材料和裝置，增加到緩沖吸能區(qū)內(nèi)，使汽車在受到?jīng)_擊時(shí)，能夠延長(zhǎng)緩沖碰撞時(shí)間，降低作用力的破壞?，F(xiàn)將幾種常用的碰撞吸能裝置進(jìn)行介紹，并根據(jù)目前汽車設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。

2金屬薄壁管結(jié)構(gòu)

在汽車吸能結(jié)構(gòu)中，金屬薄壁管是比較常用的。當(dāng)汽車受到前后沖擊時(shí)，會(huì)使金屬構(gòu)件形狀發(fā)生改變，這樣會(huì)有效減少碰撞能量，使汽車受到緩沖吸能的保護(hù)。由于制作金屬薄壁管技術(shù)簡(jiǎn)單，并且成本較低，已經(jīng)成為許多汽車結(jié)構(gòu)首選。根據(jù)金屬薄壁管的特點(diǎn)，通過不同的顏色，可以判斷其屈服強(qiáng)度，紅色強(qiáng)度最高，黃色強(qiáng)度較低，粉色則是最低的，屈服強(qiáng)度的不同，會(huì)使?jié)⒖s吸能作用也不同。在汽車結(jié)構(gòu)中，將紅色作為防撞梁使用，到汽車受到?jīng)_擊時(shí)，整體的骨架結(jié)構(gòu)會(huì)將作用力分散，這就會(huì)減少集中一點(diǎn)的力對(duì)汽車造成的傷害。根據(jù)此結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，將屈服強(qiáng)度能力很弱的低速吸能盒，連接到防撞梁兩端。當(dāng)汽車受到?jīng)_擊時(shí)，能夠發(fā)揮低速吸能盒的作用，將碰撞產(chǎn)生的能量進(jìn)行吸收，這樣可以提高車身縱梁的完整性。當(dāng)汽車由于受到高速的碰撞后，能夠使低速吸能盒發(fā)生潰縮的變化，同時(shí)能夠?qū)⒆饔媚芰?，分散到縱梁的吸能結(jié)構(gòu)中，使駕乘人員在安全區(qū)內(nèi)，由于發(fā)生很小的變形受到保護(hù)。

3液壓緩沖吸能裝置

汽車安全結(jié)構(gòu)中，液壓緩沖吸能結(jié)構(gòu)能夠?qū)_擊能量，通過油液熱能，節(jié)流吸收后分散，這是根據(jù)其油液具有粘性阻尼的能力。在汽車橫杠內(nèi)部，將橡膠墊同液壓緩沖器的活塞桿組裝到一起，使活塞桿內(nèi)部成空心的狀態(tài)。將可活動(dòng)的活塞，分隔成左、右兩個(gè)空間，在右側(cè)內(nèi)加入機(jī)械油，在左側(cè)內(nèi)注滿氮?dú)?，?dāng)活塞桿外圓柱面進(jìn)行工作時(shí)，與緩沖缸內(nèi)圓住面共同滑動(dòng)工作。如果汽車受到?jīng)_擊后，汽車結(jié)構(gòu)中的緩沖缸，能夠使沖擊力作用到保險(xiǎn)橫杠上，并且在橫杠內(nèi)側(cè)的加強(qiáng)件上，也會(huì)分散其作用力到活塞桿上。另外，由于向右活動(dòng)的活塞桿端，使得機(jī)械油在對(duì)動(dòng)力的作用下，向流過節(jié)流孔運(yùn)動(dòng)。在活塞的右腔中，由于受到推動(dòng)的作用，會(huì)使活塞發(fā)生向左運(yùn)動(dòng)，從而將氮?dú)鈹D壓。根據(jù)機(jī)械油，在通過節(jié)流孔時(shí)的粘性阻力吸收撞擊能量的特點(diǎn)，能夠使能力吸收有效率高達(dá)80%。當(dāng)汽車受到碰撞后，能夠在氮?dú)獾淖饔孟禄謴?fù)原有動(dòng)力，能夠使保險(xiǎn)杠恢復(fù)到原有的位置。通過液壓緩沖能力，不但可以使汽車在受到劇烈碰撞后，有效的降低能量的損害，同時(shí)還能將節(jié)流孔進(jìn)行變化，這樣就能適應(yīng)不同的碰撞緩沖規(guī)律。根據(jù)緩沖器的特點(diǎn)，要合理科學(xué)的設(shè)計(jì)節(jié)流孔，這樣才能確保緩沖區(qū)的性能保持穩(wěn)定。由于緩沖器結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，并且不易進(jìn)行維修，而且還要定期進(jìn)行保養(yǎng)。其制作費(fèi)用和密封要求較高，適用于高檔轎車的使用。

4剪斷螺栓式吸能裝置

根據(jù)剪斷螺栓式吸能裝置的發(fā)明經(jīng)過，科學(xué)研究人員歷經(jīng)多次困難，從而為汽車安全性能做出巨大的貢獻(xiàn)。在進(jìn)行該裝置試驗(yàn)時(shí)，將吸能裝置中，將能活動(dòng)的防撞梁安裝在前端，在后端將支撐梁同車體連接，在中間位置，用四個(gè)大螺栓將支撐梁和防撞梁相連，在后端的部位，將幾排較細(xì)的螺栓作為剪斷螺栓使用，在中部的大彈簧，能夠產(chǎn)生輔助減振的效果。如果汽車受到撞擊時(shí)，防撞梁會(huì)移動(dòng)到后部，這時(shí)剪斷螺栓和后邊緣會(huì)產(chǎn)生剪切力，這樣可以使碰撞產(chǎn)生的能量獲得吸收。若剪斷螺栓沒有完全的剪斷，這就證明吸能裝置的具有保護(hù)能力。為符合不同種類車輛的要求，可以對(duì)剪斷；螺栓的數(shù)量、排布方式和數(shù)量進(jìn)行改變，從而對(duì)碰撞吸能參數(shù)進(jìn)行變化。此裝置成本較低，并且具有良好的吸能效果和簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，但是無法將目前的大體積，優(yōu)化成小型裝置。

結(jié)束語(yǔ)：

綜上所述，根據(jù)上述不同吸能裝置結(jié)構(gòu)和吸能能力的介紹，為汽車安全性能設(shè)計(jì)提供參考，可以為駕乘人員的安全起到不同的保護(hù)。當(dāng)汽車受到?jīng)_擊后，由于其被動(dòng)保護(hù)裝置的特點(diǎn)，才能發(fā)揮其主要作用。另外要提升主動(dòng)保護(hù)裝置的能力，可以有效預(yù)防汽車受到?jīng)_擊，對(duì)駕乘人員的傷害。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，使得汽車領(lǐng)域發(fā)生不斷的變化，在目前智能汽車的發(fā)展潮流中，主動(dòng)智能安全防護(hù)系統(tǒng)逐漸成熟，能夠?yàn)榻窈蟮钠嚢踩雷o(hù)起到重要的租用，能夠使駕乘人員的生命安全受到有效的保護(hù)。

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（作者單位：中機(jī)科（北京）車輛檢測(cè)工程研究院有限公司）