轎車側面碰撞車身結構安全性和乘員損傷保護研究

付逸群+張順

摘 要：就經常發生的交通事故現場報告分析，轎車側面碰撞是造成乘員重傷和死亡的主要交通事故之一。我國近幾年才開始針對于這方面的研究，一般來說轎車側面碰撞包括車對車和車對障礙物兩種碰撞形式，車與車的碰撞一直以來備受人們關注而成為研究的重點，車與障礙物之間的側碰研究卻幾乎為零。想要提高車輛側面碰撞的安全性就必須對這兩種情況同時進行研究。

關鍵詞：車輛安全性；乘員損傷；防護措施

中圖分類號：U461.6 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）24-0161-02

我國規定，不管是直接碰撞還是間接的碰撞，在轎車側面碰撞試驗中，對于其撞擊器的選取大多采用移動變形等類型的壁障，而在仿真研究轎車的側面碰撞中，多采用移動變形壁障來代替撞擊的車輛，以便于能夠更好地進行研究。

1 轎車側碰的碰撞性

碰撞力的傳遞性：

在轎車的實驗過程中，重要的構成部件對車輛的整體性、安全性與舒適性等問題有著直接的影響。轎車的車身結構從前往后依次為前柱、中柱、后柱。轎車結構中的這些立柱有一定的支撐作用，也是轎車的門框。轎車側面受到外力的撞擊的時候，慣性會使車門產生向內沖擊的力，車門框就會對這種力產生抑制，當然車門框在抵御這種外力時也會受到由車門傳遞而來的側向作用力。

在轎車門內配置防撞桿，其作用在于當前門受到側向撞擊力時會將作用力直接傳遞或轉移到鉸鏈柱和中柱。轎車的鉸鏈柱和后柱在外界的側向力的作用下隨之產生一種向車內運動的破壞力，鉸鏈柱上端的前風窗下橫梁和儀表板安裝橫梁的軸向剛度提供了抵抗這種來自于外界的力，而鉸鏈柱下端的剛度是由車身底部橫向結構來提供的。在轎車車門受到側向撞擊力的情況下，向車內轉移、傳遞的破壞力將會使中柱受到向車內彎曲彎矩力而變形，彎曲剛度和中柱上、下接頭的剛度形成了向車內變形的抵抗。也就是說在受到側向撞擊時，接頭就會起著傳遞作用，通過車頂邊梁、車頂橫梁和相關的接頭結構致使作用在中柱上的一部分力就會向非撞擊側傳遞。車頂結構提供了中柱上面的接頭來抵抗對中柱向車內的運動力，其原理在于車頂邊梁的彎曲剛度、車頂橫梁的軸向剛度、接頭結構相應的剛度、前柱和后柱的彎曲剛度等剛好通過中柱下方的接頭，橫梁將會接受部分作用在中柱上的應力。作用在門檻梁上的側向力，受到外部的直接撞擊與內部中柱作用的影響，而其門檻梁上的側向力則是通過地板和地板橫梁來進行分散和傳遞的活動。

2 側面碰撞導致的車身結構安全性影響

目前我國生產制造的轎車，關于轎車的側面強度的設計存在一定的問題，例如：汽車的側面一旦受到外測力，而此時轎車的本身結構來看，非常小的變形空間（20cm～30cm左右）不能吸收撞擊能量，同一輛轎車在受到外力時，該轎車的正面的變形吸能空間將會是側碰的兩倍以上，這就表明了乘員在受到不同撞擊力時的損傷程度就會截然不同。基于這種情況，研究抵御側面碰撞主要是改變緩沖吸能結構的設計，目前存在的問題是因為轎車的緩沖吸能的空間的制約即使使用最好的材料來制作緩沖吸能結構也無法達到預期效果。具體存在下列問題：一是轎車本身結構中，中柱侵入現象非常嚴重，其腰線位置形成塑性鉸。而致使中柱的上下兩端的支撐力大大減弱，這樣就會使頂蓋邊梁和門檻在其與中柱交接位置附近侵入量偏大。

2.1 關于側面碰撞結構的耐撞性研究

由于我國的大部分轎車車身側面結構設計的合理性不高，特別是在緩沖空間的設計等方面考慮不周全，因此側面碰撞時乘員傷亡嚴重，想要降低這種事故發生，就必須采用一系列的防護裝置來提高乘員的安全保障性能。例如，安全氣囊、側面安全氣簾和防護襯墊幾種方式，這些裝置起到了一定的防護作用，這樣來講，要想提高車輛側面碰撞安全性，首先要從根本上找，也就是首先要提高車輛結構設計與實用過程中的安全性。

在結構設計時，可以增加緩沖吸能區兩側的變形空間或增強側面結構的剛度，以此能夠使碰撞力有效地傳遞到具有保護和吸能作用的柱、地板、梁、車頂及其他部件，從而達到分散、吸收撞擊力；最大限度地降低損害程度等作用。一般而言可以采用以下措施：（1）增加車門的強度或增加車身的橫向橫梁（車頂橫梁、地板橫梁等）強度；（2）增加A柱、B柱、C柱等側圍部物的強度或者增加門檻梁的強度；（3）合理的設計門鎖及鉸鏈，在防止汽車發生側面碰撞的時候，車門自動打開的同時促使碰撞后車門開啟的容易度，以便于對乘員進行及時的車外救護。

2.2 在轎車的內部添加結構加強部件

轎車原車型內的側梁系結構在剛度設計時存在許多問題，會降低其車身側面整體的剛度，一旦發生側面碰撞時，車身就會出現嚴重變形等情況，這樣就會導致成員受到極大的傷害。所以需要對原車型添加以下部分加強件：1、門檻梁內部整體加強件，如在中柱的局部增加強板以及地板上方的座椅而在其背后安裝防護橫梁，轎車的頂蓋邊的內部一些部位也需要安裝一些相應方加強件，可以安裝厚度為1.6mm，屈服強度為400MPa類型的加強件。此外，還可以在前門內板和外板之間，增加一根防撞桿，這樣就會形成雙防撞桿，材料和厚度與原防撞桿一樣，也從而形成更為有利的保護。

2.3 乘員生存空間分析

我們在研究側面碰撞安全性的問題時，研究的第一個重要對象就是對于駕駛員的生存空間的考察，這也是首要考慮的。我們在研究中發現，在對其安全性進行評價時，中柱或前門內板侵入量的多少是評價指標的標準。改進后，在與原車中的乘員空間來進行對比，就不難看出，改善后的乘員空間比較適中，我們在做模擬實驗時就會看到假人胸部相對應的車門內板位置的侵入量發生了一些變動，由最初的428mm到現在的188mm。改進后的中柱內板與座椅之間的縱向中心面的距離為66mm，達到“達標”等級；在不斷的改進后，我們發現中柱內板距座椅縱向中心面的距離處于“優”等級，這一數據就表明了改進后在一定程度上具有良好的乘員生存空間。

3 側面碰撞乘員損傷的防護措施

3.1 安裝側面安全氣囊

安全氣囊的主要作用是盡量避免乘員在發生碰撞事故中與轎車內飾件發生第二次碰撞。目前我國轎車的標準裝置必須設有正面安全氣囊。我們經過了相關的測試以及多次的實踐表明，安全氣囊的設置可以減輕乘員在轎車碰撞事件中的傷害程度，其死亡率可降低至18%，當然乘員與安全帶一起進行配合使用那么死亡率銳減，由此可見安全氣囊的作用確實是功不可沒。就目前的交通事故調查顯示，轎車側面碰撞事故也頻頻發生，基于這種情況，可以在優化車身的側面結構和內飾件的前提下在轎車內設置相應的保護氣囊。這樣就提升了對乘員的保護性能。

3.2 轎車內安裝防護襯墊

雖然側面安全氣囊的裝置可以保護車內乘員減少危險，但是目前側面氣囊的匹配技術是一個技術難題，同時會增加車輛的制造成本。因此，我國大部分的汽車車型在設計時沒有這種設置，而是采用了防護襯墊的安裝形式，這種方式的效果也是不錯的。實驗結果顯示，在側面碰撞中對乘員的保護措施可以采用泡沫襯墊來吸收撞擊能量，以降低碰撞接觸力。科學上來看，襯墊的防護效果與其剛度特性有一定的關系，它的剛度要適中，不能大于人體相應部位的剛度，因為襯墊可吸收一定的碰撞能量，也不能過軟，此外襯墊的厚度也影響著其防護效果。

4 結束語

目前在我國關于提高轎車抗側面碰撞能力在一定程度上來講是一個具有相當大難度的抗碰撞技術。其改進的重點部分應首先考慮將碰撞能量進行行之有效的轉移。可以轉移到具有保護作用的梁、柱、地板、車頂及轎車上其他部件，使撞擊力分散，這樣就會把因側面碰撞而造成的損害降到最小。

參考文獻：

[1]阮誠心（NGUYEN THANH TAM）.基于側翻碰撞安全性的客車車身改進設計及乘員損傷研究[D].湖南大學，2012.

[2]朱志軍.轎車側面碰撞結構安全性設計與乘員損傷防護研究[D].湖南大學，2011.endprint