汽車正面角度碰撞實(shí)驗(yàn)方法對(duì)比分析研究

王慶龍 陳連鵬 陳景然

摘要：汽車正面碰撞在實(shí)際交通事故中是很常見的一種事故形態(tài)。目前國內(nèi)外針對(duì)汽車正面角度碰撞的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)并不多，主要有美國FMVSS208法規(guī)中的30°斜角碰撞和美國高速公路安全管理局NHTSA推出的（OMDB）試驗(yàn)。30°斜角碰撞是FMVSS208法規(guī)體系中的一種試驗(yàn)形式，目的是驗(yàn)證安全氣囊在乘員不佩戴安全帶的工況下對(duì)乘員的防護(hù)效果，關(guān)注點(diǎn)是降低安全氣囊對(duì)乘員的額外傷害。NHTSA針對(duì)美國小重疊率碰撞、斜角碰撞、鉆撞等事故中乘員傷亡大的情況，推出OMDB測試工況，目的是提高車輛對(duì)乘員在上述事故中的保護(hù)效果，并計(jì)劃將該工況引入U(xiǎn)SNCAP美國新車評(píng)價(jià)規(guī)程中。

關(guān)鍵詞：汽車正面角度碰撞;實(shí)驗(yàn)方法;對(duì)比分析

引言

隨著汽車保有量的不斷增加，汽車安全越來越被消費(fèi)者重視，人們更多的是比較關(guān)注乘用車的安全問題，對(duì)小、輕型載貨汽車的安全問題關(guān)注則相對(duì)較少，且汽車廠商在這些車型的碰撞安全方面的研發(fā)投入又很少，導(dǎo)致小、輕型載貨汽車事故率高、事故傷害大。由于這些車型的優(yōu)點(diǎn)，在市場中有著不可或缺的地位。所以這類貨車的安全問題已經(jīng)引起了社會(huì)各方面的共同關(guān)注。

1中國汽車正面角度碰撞研究現(xiàn)狀

美國在FMVSS208法規(guī)中的30°斜角碰撞和OMDB規(guī)程的推動(dòng)下，車輛角度碰撞的乘員保護(hù)將會(huì)日益完善。而我國交通道路上每年發(fā)生大量角度碰撞事故，但并未開展類似FMVSS208中的30°斜角碰撞和OMDB的角度碰撞試驗(yàn)，值得相關(guān)部門引起重視，角度碰撞標(biāo)準(zhǔn)的建立也亟需解決。我國關(guān)于汽車正面碰撞的國家標(biāo)準(zhǔn)為GB11551-2014《正面碰撞乘員保護(hù)》和GBT20913-2007《乘用車正面偏置碰撞的乘員保護(hù)》。此外，中國新車評(píng)價(jià)規(guī)程C-NCAP的正面碰撞規(guī)程包含100%正面全寬剛性壁障碰撞、40%偏置碰撞和MPDB試驗(yàn)。但這些國標(biāo)和規(guī)程均沒有涉及角度碰撞，有直接規(guī)定角度碰撞的國標(biāo)是GB11552-2009《乘用車內(nèi)部凸出物》，標(biāo)準(zhǔn)要求車輛在滑車上進(jìn)行±18°角度碰撞，碰撞過程中僅是檢查約束系統(tǒng)對(duì)乘員的保護(hù)情況，確認(rèn)乘員是否與內(nèi)飾件接觸，但不采用乘員試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2正面角度碰撞標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)對(duì)比分析

2.1碰撞形態(tài)

汽車正面碰撞形態(tài)主要通過碰撞速度、試驗(yàn)車輛與壁障的碰撞角度，以及車輛和壁障的偏置率來體現(xiàn)。30°斜角碰撞是美國FMVSS208法規(guī)中為成年男性乘員設(shè)置的一種碰撞測試工況，試驗(yàn)車輛以20～25mph（30～40kph）的速度與30°斜角剛性壁障發(fā)生碰撞。試驗(yàn)時(shí)，左側(cè)30°和右側(cè)30°兩種形式，試驗(yàn)車輛均需要進(jìn)行測試。OMDB是采用移動(dòng)可變形壁障臺(tái)車以90km/h的速度，與靜止試驗(yàn)車輛發(fā)生15°的角度碰撞。OMDB為讓A柱遭受更大載荷并侵入駕駛艙，試驗(yàn)車輛與壁障臺(tái)車的偏置率設(shè)為35%。為保證車輛左右側(cè)的碰撞安全均勻性，OMDB同樣設(shè)有左側(cè)15°、右側(cè)15°兩種碰撞形態(tài)?？v觀各國正面碰撞測試標(biāo)準(zhǔn)，OMDB在試驗(yàn)速度、碰撞角度、碰撞偏置率等方面都是非常嚴(yán)苛的。

2.2碰撞測試

優(yōu)化前的整車碰撞性能較差，導(dǎo)致其碰撞加速度偏大。車架縱梁為槽型結(jié)構(gòu)，碰撞變形不穩(wěn)定。車架前部無潰縮吸能結(jié)構(gòu)，縱梁彎曲變形多，軸向壓潰變形少，吸能效率低，變形模式不合理，車架吸能效果較差。碰撞能量通過縱梁傳遞到落差位置，由于存在落差，所以容易產(chǎn)生折彎失效變形。落差位置一旦折彎失效，車架失去有效支撐，能量就不能繼續(xù)被車架有效吸收，致使駕駛室受力變形嚴(yán)重，前圍板侵入量過大，乘員艙生存空間被壓縮，影響乘員安全。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)安裝在車架左前端，由于轉(zhuǎn)向管柱下軸不能滑動(dòng)，導(dǎo)致方向盤后移量較大，會(huì)進(jìn)一步增加假人傷害。

3優(yōu)化后車輛碰撞分析

3.1汽車前縱梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

汽車正面碰撞過程中，前縱梁是重要的吸能承載結(jié)構(gòu)件，直接對(duì)整車的安全性起到重要影響。正面碰撞分為100%重疊和偏置碰撞兩種，實(shí)際中，絕對(duì)的完全重疊碰撞很少發(fā)生，最常見的是偏置碰撞工況，這就造成遠(yuǎn)離壁障側(cè)的前縱梁受到的力并非完全軸向，使得前縱梁發(fā)生彎曲變形;彎曲變形使得前縱梁失去原有的軸向承載能力，起不到吸能保護(hù)乘員的作用。因此，對(duì)影響前縱梁折彎變形的因素進(jìn)行分析，通過相關(guān)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)，提升此種工況下的承載能力，對(duì)提升前縱梁吸能特性具有重要意義，也是近年來研究人員研究的重要課題之一。針對(duì)前縱梁碰撞吸能過程進(jìn)行分析，搭建有限元分析模型，對(duì)前縱梁的失效形式進(jìn)行分析，折彎變形失效發(fā)生時(shí)，前縱梁失去承載吸能作用;臨界角是發(fā)生折彎變形的重要指標(biāo);分析影響前縱梁彎曲變形臨界角的影響因素，并獲得影響規(guī)律。

3.2第一橫梁

第一橫梁在優(yōu)化前基礎(chǔ)上X向前移，橫梁呈槽型，中間開通風(fēng)減重孔，兩端各有五個(gè)固定點(diǎn)與縱梁上下翼面連接，橫梁布置在前簧前支座總成硬連接的前方，預(yù)留一定的潰縮空間有利于碰撞能量的吸收。右縱梁加強(qiáng)板和左縱梁前部加強(qiáng)板通過鉚釘和螺栓鉚接、螺接成一體，形成內(nèi)外扣合的結(jié)構(gòu)，車架前端在X向強(qiáng)度弱化的同時(shí)，能保證前部的扭轉(zhuǎn)和彎曲剛度，以滿足前板簧前安裝點(diǎn)受力和使用的可靠性。前板簧懸架底盤結(jié)構(gòu)的載貨汽車，由于前板簧的結(jié)構(gòu)原因，在車輛發(fā)生碰撞時(shí)，轉(zhuǎn)向橫拉桿總成和前鋼板板簧總成可以提供X向支撐力阻礙汽車前部結(jié)構(gòu)的潰縮，降低整車吸能效果，會(huì)導(dǎo)致車身B柱加速度過高和乘員艙侵入量過大，對(duì)乘員造成人身傷害。采用上述結(jié)構(gòu)后，通過對(duì)縱梁前端結(jié)構(gòu)X向強(qiáng)度的弱化和在硬連接前預(yù)留潰縮空間，從而提供了一種有利于提高整車碰撞被動(dòng)安全性的載貨汽車碰撞結(jié)構(gòu)。當(dāng)汽車受到高速碰撞時(shí)，第一橫梁和扣合位置處的潰縮孔結(jié)構(gòu)對(duì)能量進(jìn)行充分的誘導(dǎo)變形和吸收，降低碰撞初始階段的加速度，將剩余能量通過車架縱梁和車身縱梁傳遞到車身上，從而顯著的提高車架和車身的吸能效果，有效地降低碰撞加速度，有利于提高載貨汽車的被動(dòng)安全性能。

結(jié)束語

我國對(duì)于汽車正面角度碰撞研究還只是起步階段，涉及到的角度碰撞機(jī)理、乘員損傷特點(diǎn)并不清晰，國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的建立還需要大量的理論研究和實(shí)踐作為支撐。

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