從車身結(jié)構(gòu)談汽車安全(三)

文/江蘇 馮學(xué)敦 張湘衡

(接上期)

2.汽車側(cè)面碰撞

汽車車身側(cè)面碰撞是汽車碰撞中常見的碰撞案例，其概率要占汽車碰撞事故總數(shù)的28%。在汽車側(cè)面碰撞中，車身結(jié)構(gòu)對乘員的保護很困難，因此，碰撞死亡發(fā)生率較高，約占死亡總?cè)藬?shù)的34%。汽車側(cè)面受到碰撞后，要求車身減小側(cè)圍結(jié)構(gòu)對乘員室的侵入量，以防止侵入量過大而對乘員造成擠壓傷害。同時，減小側(cè)圍結(jié)構(gòu)對乘員室的侵入速度，減小對乘員的撞擊力。碰撞過程中車門不能自動打開，而碰撞后可以不使用工具打開非碰撞側(cè)的車門。

除發(fā)生滾翻事故外，汽車側(cè)面碰撞也會讓汽車側(cè)翻或造成車身頂部損壞。整體車身設(shè)計成框架式結(jié)構(gòu)，這樣的車身結(jié)構(gòu)一般通過立柱、車身頂邊梁、橫梁和相應(yīng)的接頭來組成整體框架結(jié)構(gòu)，以保證乘員室的安全。合理匹配各框架構(gòu)件的剛度，防止因應(yīng)力集中造成失穩(wěn)，而導(dǎo)致框架結(jié)構(gòu)機制的失效，這是衡量整體車身結(jié)構(gòu)是否有安全性的重要因素。

(1)車身側(cè)面防碰撞理念

當(dāng)汽車受到側(cè)碰撞時，受到撞擊的部位一般是車門、立柱或門檻梁等。汽車車門、立柱與乘員之間的空間很小，在乘員胯部位水平面上，內(nèi)陷允許凹陷量只有300mm左右。圖1為汽車碰撞車身壓入量與車身變形示意圖，想要像車身前后部那樣設(shè)計吸能緩沖區(qū)比較困難。汽車側(cè)碰撞的理想特性只能是要求側(cè)面結(jié)構(gòu)有足夠大的剛度，確保車門和立柱不發(fā)生大的變形，加強B柱鉸鏈柱的剛度及其與門檻接頭的剛度。

此外，還應(yīng)在車門處設(shè)置抗碰撞梁，地板下面設(shè)置橫梁，加大門檻梁的截面，車門下邊緣與門檻梁結(jié)構(gòu)相重疊，以加強車門框架結(jié)構(gòu)的支承等，使門檻梁和地板能更好地起到承受側(cè)向力和吸能的作用。

車身在受到側(cè)面碰撞沖擊后，一般碰撞損壞的構(gòu)件如圖2的黃色構(gòu)件所示。

車身側(cè)圍B柱是為了加強防碰撞性能而設(shè)計的，在B柱內(nèi)設(shè)置了強度很高的加強件(見圖3)。B柱加強件通過焊接的方法與車身側(cè)圍上的橫梁和車身門檻梁連接。

汽車車身側(cè)面發(fā)生碰撞后，允許向乘員室壓縮的空間很小，所以汽車車身的A、B、C柱需要較大的剛度，將汽車乘員室設(shè)計成強度較高的框架結(jié)構(gòu)(見圖4)，紅色構(gòu)件是車身加強件，因需要很好的剛度，一般都是采用高強度的合金材料制作，所以其塑性、延展性(整形性能)、焊接性能不如低碳鋼。

汽車車身側(cè)圍外板一般是A、B、C柱連成一體，有的C柱還與車身后翼子板連成一體，這樣的汽車車身側(cè)圍需較大的沖壓加工設(shè)備。因此，汽車車身側(cè)圍外板需要塑性較好的金屬材料制造，這些材料的塑性、整形彎曲特性、焊接性能等都優(yōu)于高強度合金材料，也便于汽車碰撞后的修復(fù)。

(2)汽車車身側(cè)面的防碰撞結(jié)構(gòu)

汽車車身門檻梁結(jié)構(gòu)如圖5所示，車身門檻梁外板是一個盒子型的箱形結(jié)構(gòu)。其采用盒子型結(jié)構(gòu)可以提高構(gòu)件的整體剛度，盒子型門檻梁還可以在碰撞時提供側(cè)圍的變形空間。汽車車身側(cè)圍受到碰撞時，沖擊能量使盒子梁凹陷或彎曲變形，從而減小車身側(cè)圍整體向乘員室側(cè)變形的壓力，同時具有一定的吸能特性，大大減小了碰撞沖擊能量對乘員室的沖擊。

從汽車車身側(cè)面結(jié)構(gòu)可以看出，車身B柱對抵抗向車身內(nèi)部彎曲變形的剛度是很重要的。車身在受到碰撞時，有足夠大的剛度，與此同時車門B柱各截面形狀在受到碰撞時，為了能夠按照理想狀況產(chǎn)生彎曲變形，通常采用加強的方法達到目的。如圖6所示，在車身B柱上的薄弱部位進行加強，在圖中A－A、B－B的位置設(shè)置內(nèi)、外加強板，為車身B柱的抗彎強度進行補強措施，以提高車身B柱的整體剛度。

汽車車身側(cè)面碰撞時，車身門檻梁主要是向車身內(nèi)側(cè)彎曲變形。為了防止這種變形，車門檻梁中部受到側(cè)向撞擊后，向車內(nèi)變形的彎曲剛度和沖擊的傳遞變得格外重要。

汽車側(cè)圍為了加強門檻梁的彎曲剛度，如圖6所示，設(shè)置了車身門檻梁內(nèi)板和B柱下加強板等。有的汽車車身還在車身側(cè)圍采用其他方法，如填充發(fā)泡材料，減小車門與車門框間隙；在車門與門框之間安裝橡膠件，加強車門鉸鏈與車門鎖閂的強度等。

為了確保乘員室的安全，汽車乘員室的底部橫向結(jié)構(gòu)對側(cè)圍結(jié)構(gòu)起到了很好的支撐作用。因此，汽車車身設(shè)置一些橫向車身結(jié)構(gòu)，如圖7所示，頂蓋橫梁、前風(fēng)窗下橫梁、儀表板安裝橫梁和地板橫梁等，用以提高車身框架結(jié)構(gòu)的剛度，當(dāng)受到側(cè)面碰撞時，確保乘員室的安全。汽車車身內(nèi)部結(jié)構(gòu)(即車身側(cè)圍A、B、C立柱與車身各種橫梁構(gòu)成)是剛度較好的框架結(jié)構(gòu)，以確保車身在受到側(cè)面碰撞時可以足夠的安全。

為了提高汽車車身側(cè)面的整體剛度，需要加強車身車門的剛度。車身車門主體是車門附件安裝體，是車門的重要支撐板件，一般采用0.7～0.85mm的薄鋼板沖壓拉伸成形。為了安裝車門附件機構(gòu)，還需沖壓出各種形狀的凸臺、窩穴、手孔、安裝孔等；為了增強車門的整體剛度，車門周邊需要沖壓出凸邊、加強肋等。與此同時，車門還特別安裝車門內(nèi)板加強件(見圖8、圖9)，為加強車身前、后門的構(gòu)件設(shè)置，有的還安裝剛性很好的圓柱形構(gòu)件，以提高車門的整體剛度和附件安裝部位的連接強度，如圖中紅色構(gòu)件所示。

總之，車身結(jié)構(gòu)防碰撞安全性能就是車身結(jié)構(gòu)承受碰撞的能力、變形模式以及吸收碰撞能量等綜合能力的體現(xiàn)。良好的車身結(jié)構(gòu)同時具有較好的防碰撞性能，意味著在一定的變形模式下，結(jié)構(gòu)應(yīng)能承受較大的撞擊載荷，并吸收較多的碰撞能量，使結(jié)構(gòu)的變形向有利于保護乘員生存空間的方向發(fā)展，使乘員所受到的沖擊損傷符合有關(guān)法規(guī)的要求。

2006年1月18日，我國頒布了有關(guān)汽車側(cè)面碰撞的乘員保護法規(guī)，法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)號G B20071(2006)，并于2006年1月起開始強制實施。由于我國乘用車大量引進進口車型，制定法規(guī)時也參考了國外法規(guī)。圖10為美國側(cè)面碰撞法規(guī)試驗形態(tài)。

如圖11所示，汽車碰撞損壞十分嚴重，造成汽車車身側(cè)面嚴重損壞，由于直接碰撞點在汽車車身的中間位置，碰撞造成汽車車身側(cè)圍、B柱、兩個車門都嚴重損壞變形，并且還引起車身頂部彎曲變形。但汽車乘員室并未受到擠壓，所以乘員沒有受到嚴重傷害。

3.汽車防側(cè)面碰撞乘員保護

(1)汽車側(cè)面碰撞一般來自汽車前進方向的另一方向。當(dāng)發(fā)生碰撞時，汽車車速低于50km/h，整體式車身一般不會造成乘員的嚴重傷害。駕駛員遇到這種突發(fā)狀況可以采取制動的措施，讓車輛停下來，切不可慌亂，亂打方向，以免造成與其他障礙物的碰撞。

(2)汽車車身側(cè)面對乘員室的可壓縮空間較小。當(dāng)汽車受到側(cè)面碰撞沖擊很大時，因能量無法吸收，碰撞沖擊能量會將汽車推翻或沖擊得很遠，但汽車整體式車身結(jié)構(gòu)仍可以保護乘員不受嚴重傷害。汽車保護系統(tǒng)，如安全帶、安全座椅、安全氣囊是保護乘員的有效設(shè)施，駕駛員應(yīng)利用好這些安全設(shè)施，才能確保自已在突發(fā)事故中免受傷害或減輕傷害。(全文完)