轿车侧面碰撞车身结构安全性和乘员损伤保护研究

2017年24期

科技创新与应用

Technology Innovation and Application研究与展望

轿车侧面碰撞车身结构安全性和乘员损伤保护研究

付逸群，张顺

(安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽合肥230601)

摘要:就经常发生的交通事故现场报告分析，轿车侧面碰撞是造成乘员重伤和死亡的主要交通事故之一。我国近几年才开始针对于这方面的研究，一般来说轿车侧面碰撞包括车对车和车对障碍物两种碰撞形式，车与车的碰撞一直以来备受人们关注而成为研究的重点，车与 障碍物之间的侧碰研究却几乎为零。想要提高车辆侧面碰撞的安全性就必须对这两种情况同时进行研究。

关键词：车辆安全性;乘员损伤；防护措施

中图分类号：U461.6 文献标志码：A文章编号：2095-2945(2017)24-0161-02

我国规定，不管是直接碰撞还是间接的碰撞，在轿车侧面 碰撞试验中，对于其撞击器的选取大多采用移动变形等类型 的壁障，而在仿真研究轿车的侧面碰撞中，多采用移动变形壁 障来代替撞击的车辆，以便于能够更好地进行研究。

1轿车侧碰的碰撞性

碰撞力的传递性：

在轿车的实验过程中，重要的构成部件对车辆的整体性、安全性与舒适性等问题有着直接的影响。轿车的车身结构从 前往后依次为前柱、中柱、后柱。轿车结构中的这些立柱有一 定的支撑作用，也是轿车的门框。轿车侧面受到外力的撞击的 时候，惯性会使车门产生向内冲击的力，车门框就会对这种力 产生抑制，当然车门框在抵御这种外力时也会受到由车门传 递而来的侧向作用力。

在轿车门内配置防撞杆，其作用在于当前门受到侧向撞 击力时会将作用力直接传递或转移到铰链柱和中柱。轿车的 铰链柱和后柱在外界的侧向力的作用下随之产生一种向车内 运动的破坏力，铰链柱上端的前风窗下横梁和仪表板安装横 梁的轴向刚度提供了抵抗这种来自于外界的力，而铰链柱下 端的刚度是由车身底部横向结构来提供的。在轿车车门受到 侧向撞击力的情况下，向车内转移、传递的破坏力将会使中柱 受到向车内弯曲弯矩力而变形，弯曲刚度和中柱上、下接头的 刚度形成了向车内变形的抵抗。也就是说在受到侧向撞击时，接头就会起着传递作用，通过车顶边梁、车顶横梁和相关的接 头结构致使作用在中柱上的一部分力就会向非撞击侧传递。车顶结构提供了中柱上面的接头来抵抗对中柱向车内的运动 力，其原理在于车顶边梁的弯曲刚度、车顶横梁的轴向刚度、接头结构相应的刚度、前柱和后柱的弯曲刚度等刚好通过中 柱下方的接头，横梁将会接受部分作用在中柱上的应力。作用 在门槛梁上的侧向力，受到外部的直接撞击与内部中柱作用 的影响，而其门槛梁上的侧向力则是通过地板和地板横梁来 进行分散和传递的活动。

2侧面碰撞导致的车身结构安全性影响

目前我国生产制造的轿车，关于轿车的侧面强度的设计 存在一定的问题，例如：汽车的侧面一旦受到外测力，而此时 轿车的本身结构来看，非常小的变形空间（20cm耀30cm左右）不能吸收撞击能量，同一辆轿车在受到外力时，该轿车的正面 的变形吸能空间将会是侧碰的两倍以上，这就表明了乘员在 受到不同撞击力时的损伤程度就会截然不同。基于这种情况，研究抵御侧面碰撞主要是改变缓冲吸能结构的设计，目前存 在的问题是因为轿车的缓冲吸能的空间的制约即使使用最好 的材料来制作缓冲吸能结构也无法达到预期效果。具体存在 下列问题:一是轿车本身结构中，中柱侵入现象非常严重，其腰线位置形成塑性铰。而致使中柱的上下两端的支撑力大大 减弱，这样就会使顶盖边梁和门槛在其与中柱交接位置附近 侵入量偏大。

2.1关于侧面碰撞结构的耐撞性研究

由于我国的大部分轿车车身侧面结构设计的合理性不 高，特别是在缓冲空间的设计等方面考虑不周全，因此侧面碰 撞时乘员伤亡严重，想要降低这种事故发生，就必须采用一系 列的防护装置来提高乘员的安全保障性能。例如，安全气囊、侧面安全气帘和防护衬垫几种方式，这些装置起到了一定的 防护作用，这样来讲，要想提高车辆侧面碰撞安全性，首先要 从根本上找，也就是首先要提高车辆结构设计与实用过程中 的安全性。

在结构设计时，可以增加缓冲吸能区两侧的变形空间或 增强侧面结构的刚度，以此能够使碰撞力有效地传递到具有 保护和吸能作用的柱、地板、梁、车顶及其他部件，从而达到分 散、吸收撞击力;最大限度地降低损害程度等作用。一般而言 可以采用以下措施:（1)增加车门的强度或增加车身的横向横 梁（车顶横梁、地板横梁等)强度（2)增加A柱、B柱、C柱等 侧围部物的强度或者增加门槛梁的强度;（3)合理的设计门锁 及铰链，在防止汽车发生侧面碰撞的时候，车门自动打开的同 时促使碰撞后车门开启的容易度，以便于对乘员进行及时的 车外救护。

2.2在轿车的内部添加结构加强部件

轿车原车型内的侧梁系结构在刚度设计时存在许多问 题，会降低其车身侧面整体的刚度，一旦发生侧面碰撞时，车 身就会出现严重变形等情况，这样就会导致成员受到极大的 伤害。所以需要对原车型添加以下部分加强件:1、门槛梁内部 整体加强件，如在中柱的局部增加强板以及地板上方的座椅 而在其背后安装防护横梁，轿车的顶盖边的内部一些部位也 需要安装一些相应方加强件，可以安装厚度为1.6mm，屈服强 度为400MPa类型的加强件。此外，还可以在前门内板和外板 之间，增加一根防撞杆，这样就会形成双防撞杆，材料和厚度 与原防撞杆一样，也从而形成更为有利的保护。

2.3乘员生存空间分析

我们在研究侧面碰撞安全性的问题时，研究的第一个重 要对象就是对于驾驶员的生存空间的考察，这也是首要考虑 的。我们在研究中发现，在对其安全性进行评价时，中柱或前 门内板侵入量的多少是评价指标的标准。改进后，在与原车中 的乘员空间来进行对比，就不难看出，改善后的乘员空间比较 适中，我们在做模拟实验时就会看到假人胸部相对应的车门

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