轎車側(cè)面柱碰撞車身結(jié)構(gòu)安全性研究

田金鑫 張?zhí)N初

摘 要：轎車發(fā)生側(cè)面柱碰撞時(shí)會(huì)對(duì)車內(nèi)人員安全造成較大影響，為保證車內(nèi)成員安全，越來越多的汽車企業(yè)和院校開始進(jìn)行蜂窩鋁壁障礙物側(cè)面碰撞的實(shí)驗(yàn)，這種實(shí)驗(yàn)?zāi)芎芎玫哪M兩車發(fā)生碰撞的狀況，文章就以轎車側(cè)面柱碰撞車身結(jié)構(gòu)安全作為重點(diǎn)，進(jìn)行深入探討與研究。

關(guān)鍵詞：側(cè)面碰撞;側(cè)面柱碰撞;仿真分析;車輛安全性

中圖分類號(hào)：U467? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1671-7988（2019）04-129-02

前言

近些年，轎車側(cè)面柱碰撞安全性能越來越引起更多人關(guān)注和重視。然而，大部分轎車企業(yè)生產(chǎn)的中低端轎車整體碰撞安全性都不是很高[1]。主要原因是轎車緩沖區(qū)太小，并且為了降低汽車生產(chǎn)成本，大多取消了側(cè)面安全氣囊等相關(guān)保護(hù)措施。

1 轎車側(cè)面柱碰撞車身結(jié)構(gòu)安全性研究現(xiàn)狀分析

近些年隨著廣大民眾對(duì)汽車整體安全性的要求越來越高，給轎車生產(chǎn)企業(yè)帶來了很大壓力和挑戰(zhàn)，面對(duì)這種嚴(yán)峻的形式使得轎車生產(chǎn)企業(yè)不得不對(duì)制造技術(shù)進(jìn)行提升[2]。然而，關(guān)于轎車碰撞方面的實(shí)驗(yàn)設(shè)施建設(shè)并不完善，對(duì)轎車發(fā)生碰撞方面的研究還不夠重視[3]。但是，國(guó)外已經(jīng)開始對(duì)這方面進(jìn)行了綜合、深入的研究，主要側(cè)重于轎車整體安全性與轎車側(cè)面發(fā)生碰撞事故統(tǒng)計(jì)這兩個(gè)重要方面，在一定程度上能為轎車發(fā)生側(cè)面碰撞仿真提供重要依據(jù)。

2 轎車側(cè)面柱撞車身結(jié)構(gòu)安全性分析

2.1 轎車碰撞損傷中生物力學(xué)理論分析

碰撞生物力逐漸成為車輛碰撞安全領(lǐng)域當(dāng)中的重要研究?jī)?nèi)容[4]，并且這種生物力也是車輛在發(fā)生碰撞安全研究的主要方向，車輛在受到碰撞之后駕駛員在內(nèi)部會(huì)受到各種機(jī)械部件的承受載荷帶來的沖擊，另外，車輛由于受慣性驅(qū)使，人體將會(huì)受到來自外力作用的沖擊。假設(shè)外來的力量超過駕駛員自身所承受的極限，就可能會(huì)造成駕駛員失去某些身體方面的生理功能。與此同時(shí)還能有效全面了解人員損傷機(jī)理與各種不同損傷形式。車輛在發(fā)生碰撞之后造成人體受到傷害的因素可以通過汽車外部載荷對(duì)人體造成的損害模型來表示：如下圖1所示。

當(dāng)轎車發(fā)生碰撞之后，人的身體由于受到來自外部的壓力影響在載荷作用下對(duì)整個(gè)人體造成的傷害。外部載荷在通過車身過濾之后會(huì)進(jìn)一步加載到人體的其他部位，如果發(fā)生的沖擊外力超過人體承受的極限時(shí)，在很大程度上就會(huì)造成人體受到傷害[5]。

2.2 轎車側(cè)面柱碰撞中的力學(xué)分析

轎車發(fā)生碰撞是一種比較常見的現(xiàn)象，但轎車側(cè)面柱發(fā)生碰撞是一種稀少的碰撞形式之一，針對(duì)轎車旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)過程當(dāng)中轎車其他部件吸能就不能夠使用公式MV?/2來綜合計(jì)算。

轎車在發(fā)生碰撞之后車體的總加速可以通過以下這個(gè)公式來進(jìn)行表達(dá)：

以上這個(gè)公式中ag指的是轎車重心位置總加速度，ap指的是轎車側(cè)柱和轎車接觸界面位置中的加速度，h代表的是一種脈沖產(chǎn)生的一種力臂，α代表著轎車發(fā)生碰撞時(shí)整個(gè)轉(zhuǎn)角加速度。最終通過牛頓定律就可以得到：F=mag

轎車發(fā)生碰撞之后的接觸面和碰撞過程當(dāng)中角動(dòng)量守恒定律可以通過以下公式來體現(xiàn)出來：，在這個(gè)公式中的k代表的是旋轉(zhuǎn)半徑，轎車在發(fā)生碰撞之后可以得出，然后再把以上各公式計(jì)算就可以得出轎車側(cè)柱發(fā)生碰撞之后產(chǎn)生的總加速度：

2.3 轎車側(cè)面柱發(fā)生碰撞仿真分析

轎車側(cè)面柱發(fā)生碰撞仿真模型使用最為廣泛的方式是移動(dòng)壁障，并且政府相關(guān)部門對(duì)移動(dòng)壁障的整體性能也提出了更加詳細(xì)的要求[6]。通過使用VPG來提供更多符合ECER96相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的不同類型移動(dòng)壁障作為碰撞車。通常情況下，一臺(tái)轎車模型重質(zhì)量約為1065公斤，整個(gè)轎車模型的有限元網(wǎng)格數(shù)量大概有557141，對(duì)整個(gè)轎車施加14.772m/s速度后，整個(gè)轎車和MDB的接觸面加大，在MDB自身接觸、轎車輪子和地面進(jìn)行接觸后，這個(gè)時(shí)候的仿真時(shí)間大概是102ms。轎車側(cè)面整體車身結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)的是一種軟結(jié)構(gòu)狀態(tài)，側(cè)面侵入速度將會(huì)變得非?？欤瑫r(shí)在保持這樣的速度下也會(huì)對(duì)車內(nèi)乘員的人身安全造成很大影響。

一般情況下，轎車在發(fā)生側(cè)面柱碰撞之后都會(huì)有以下兩個(gè)重要過程同時(shí)發(fā)生，“一次碰撞”與“二次碰撞”。一次碰撞通常是指轎車和周邊其他障礙物之間發(fā)生的碰撞。二次碰撞是轎車內(nèi)部人員和轎車內(nèi)部其他結(jié)構(gòu)之間發(fā)生的碰撞。轎車中的人員發(fā)生碰撞之后受損傷的原因可以歸納為以下幾點(diǎn)重要內(nèi)容：（1）轎車和障礙物之間發(fā)生碰撞過程異常劇烈，進(jìn)而造成轎車內(nèi)部人員身上加速度值在很大程度上會(huì)超過人體的承受極限，從而使得人體器官會(huì)受到不同程度的損傷[7]。（2）轎車在發(fā)生碰撞之后其他外部物體會(huì)侵入到轎車內(nèi)部，進(jìn)而造成車內(nèi)乘員因?yàn)榘l(fā)生擠壓而出現(xiàn)傷亡的現(xiàn)象發(fā)生。（3）轎車側(cè)面柱在和周邊障礙物發(fā)生第一次碰撞之后會(huì)產(chǎn)生非常強(qiáng)烈的影響，并且在一定程度上還會(huì)造成車內(nèi)乘員和車輛之間發(fā)生更多的二次碰撞，進(jìn)而造成車內(nèi)乘員和轎車受傷害面積會(huì)更大。此外轎車自身防撞桿布置與剛度設(shè)計(jì)不合理，在一定程度上也會(huì)造成轎車推拉門周邊區(qū)域剛度整體安全性能偏低[8]。在轎車和周邊障礙物發(fā)生碰撞之后產(chǎn)生的變形問題也會(huì)更加嚴(yán)重。

3 結(jié)論

轎車側(cè)面發(fā)生碰撞的方式種類有很多種，比較常見的有轎車側(cè)面碰撞和障礙物之間發(fā)生的碰撞，另外是兩種碰撞側(cè)面的形式。在轎車發(fā)生交通事故過程當(dāng)中，轎車側(cè)面發(fā)生碰撞在很大程度上對(duì)車內(nèi)乘員人身傷害會(huì)造成很大影響。因此，對(duì)轎車側(cè)面柱進(jìn)行研究就顯得非常有必要性。在對(duì)轎車發(fā)生碰撞之后產(chǎn)生的作用力經(jīng)過深入分析之后就可以得出轎車側(cè)面柱在發(fā)生碰撞之后對(duì)整個(gè)轎車車身的安全性結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的重要影響。經(jīng)過研究分析，在進(jìn)行轎車結(jié)構(gòu)安全性設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該綜合各方面影響因素，并且對(duì)轎車側(cè)面發(fā)生碰撞之后的事故進(jìn)行全面調(diào)查和分析，從而制定出來一套更加完整的預(yù)防人身安全的方案。

參考文獻(xiàn)

[1] 付逸群，張順.轎車側(cè)面碰撞車身結(jié)構(gòu)安全性和乘員損傷保護(hù)研究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用， 2017（24）：161-161.

[2] 鈕嘉穎，郭剛，丁玲，等.基于大壁障側(cè)碰和75°側(cè)柱碰的車身耐撞性和乘員損傷研究[J].汽車科技， 2017（5）：77-84.

[3] 馬聰承，蘭鳳崇，陳吉清.泡沫鋁復(fù)合結(jié)構(gòu)改善汽車側(cè)撞安全的仿真研究[J].汽車工程， 2017，39（4）：432-439.

[4] 王國(guó)春，李奇奇，戴江璐，等.基于聯(lián)合優(yōu)化方法的汽車碰撞被動(dòng)安全性研究[J].汽車工程， 2017，V39（2）：168-173.

[5] 王騫，劉軍，張亞軍，等.基于側(cè)面碰撞安全性的電動(dòng)汽車車身結(jié)構(gòu)件輕量化設(shè)計(jì)[J].汽車技術(shù)，2017（2）：44-50.

[6] 劉千揆，陳光，陳超，等.基于小偏置碰撞力匹配研究的車身前端結(jié)構(gòu)改進(jìn)[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2017， 17（14）：92-96.

[7] 曹景濤，陳西山，張慧芳.電動(dòng)乘用車正面碰撞車體結(jié)構(gòu)（鋰電池）耐撞性分析[J].時(shí)代汽車， 2017（14）：112-114.

[8] 鄧騫.轎車車身結(jié)構(gòu)件分析與設(shè)計(jì)技術(shù)[J].科技與創(chuàng)新，2017（20）： 60-61.