汽車碰撞防護裝置設計研究

顏瀟　孟佑銘　王群　童燮　羊玢

摘 要：目前國內外的防撞柱產品大都采用固定式，防撞效果明顯但是對沖擊力的吸收程度不夠，可重用性較差，有對車身和乘客造成的傷害比較嚴重等缺點。該項目設想一種新型汽車碰撞防護裝置，它主要由水箱系統、氣囊系統和彈簧吸能系統等組成，通過多次碰撞吸能有效吸收汽車與防護系統之間產生的沖擊力，起到很好的緩沖效果，從而有效地保護車輛及人員的安全。

關鍵詞：汽車碰撞 防護裝置 設計

中圖分類號：U491 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）06（c）-0106-02

隨著國內汽車行業的發展，我國私家車的數量逐年上升，汽車行車安全性等方面越來越受到廣大關注。就國內外的防撞柱的研究現狀來說，關于結構構件的防爆加固及防爆墻等研究國外已有報道。而對防爆路障，尤其攔阻型路障研究尚欠缺。國內也有可伸縮障礙器的專利，但國內外的目前產品都無法有效減少對車身和乘客的傷害。

1 防撞路障裝置的發展現狀

1.1 國外防撞路障裝置的發展現狀

起初國外的防撞路障裝置的研究是從加大爆炸物與重要建筑物的距離的角度來分析設計的，其理論依據是：爆炸的沖擊波的壓力會因為傳播距離的減小而急劇下降。而防爆防撞型路障又可以細分為路刺型路障和阻攔型路障。常用的阻攔型路障又可以分為阻攔型路刺、防撞護欄、楔形路壘、防撞桿等。

英國和美國等國家已經較早地開始研究并且相繼于1985年、2003年、2007年發布了本國阻攔型防撞路障的試驗測試與評定最新規范。采用了車輛侵入距離即路障外側（直接受撞擊側）到撞擊車輛車架縱梁最前端的距離這一指標來作為阻攔是否成功的唯一標準[1]。而國外研究的路刺型路障采用柔韌性比較高的材料編織成網狀的結構，同時在網狀節點位置布置了針刺裝置，當汽車碾壓在網狀結構上時，釘刺帶纏繞車輪從而使汽車減速停止[2]。這些裝置在一定程度上有效地將危險車輛阻攔在一定距離內。

1.2 國內防撞路障裝置的發展現狀

早期我國對阻攔型防撞路障的研究較為缺乏，阻攔型防撞路障產品的試驗與測試規范標準也沒有建立。目前國內很多科研機構和車輛廠商也在努力研發汽車防撞裝置，一款由北京機械設備研究所開發的升降柱式車輛攔截裝置采用將防撞柱埋于地下的構造，當檢測到汽車需要攔截時，自動控制系統通過液壓舉升裝置將防撞柱升起到一定高度，攔停車輛。該裝置安裝于路面上不會影響汽車的正常通行，易于實現控制自動化[3]。與此類似的還有同濟大學開發的可自動升降式防撞柱系統，同樣采用液壓驅動的方式來舉升防撞柱，通過遙控的方式實現即時升降[4]。

2 汽車碰撞防護裝置的設計

2.1 汽車碰撞防護裝置設計的目的及意義

目前國外的阻攔型防撞路障共同的缺點在于：采用了剛性的豎立于地面的防撞柱，剛度足夠，但緩沖性能有所缺乏。因此該文的目的和意義就是設計一種汽車碰撞防護裝置來彌補現有的防撞設備的不足，采用新型的汽車碰撞防護裝置不僅僅可以使具有威脅性質的汽車能夠在足夠短的距離內停車，同時最大程度地吸收碰撞能量，從而有效地減少對汽車和駕駛員的傷害。

2.2 汽車碰撞防護裝置基本結構

該文介紹的汽車碰撞防護裝置如圖1所示，主要由水箱系統、氣囊系統和彈簧吸能系統、L型鋼板組件、旋轉鋼板等構成。其中水箱吸收能量系統由可折疊水箱、橡膠密封套、水三部分組成。吸能氣囊系統主要由位置傳感器、氣體發生器、氣囊、氣囊控制單元ECU、飾蓋等組成。彈簧吸能系統主要由彈簧管、彈簧板組成。L型鋼板組件由接地鋼板、吸能鋼板以及鎖死桿臂組成，鎖死桿臂的作用是當兩塊鋼板處于90度夾角的狀態時，使吸能鋼板只能繞軸線做單向旋轉。另外在接地鋼板的外側附著高摩擦系數的橡膠材料，摩擦材料內部布置眾多的小鋼釘與接地鋼板連接為一個整體。

3 工作過程

當碰撞開始時，碰撞防護裝置具體工作過程如下。

第一步：防護裝置與車之間的產生碰撞。

第二步：滑塊掉落，水箱變形，翻轉機構開始翻轉，借著汽車動能，L型鋼板上的鋼針與地面接觸，造成地面變形，完成一次碰撞。

第三步：旋轉鋼板已經劃過氣囊位置傳感器檢測的位置，翻轉機構的L型鋼板前端的氣囊系統中的傳感器激發氣體發生器迅速給氣囊充氣，在L型鋼板前端展開，完成二次碰撞。

第四步：氣囊泄氣，汽車前輪開上裝置鋼板，撞上彈簧板，剩余的碰撞動能將變為彈性勢能以及裝置和汽車之間逐漸增大的摩擦力，完成3次碰撞。

第五步：裝置完全展開，汽車成功停在安全距離。

4 結語

該文通過對國內外現有的路障防撞障礙系統的研究，在現有的路障防撞障礙系統基礎上提出改進并設計了一種新型的汽車碰撞防護裝置。從理論上講，整個裝置符合使用要求，但整個汽車碰撞防護裝置尚未進行實物可行性評估試驗，處于理論階段，需要進一步完善。汽車碰撞防護裝置的開發和研究不僅可以加強對失控汽車的保護，也對行車安全具有重要意義。

參考文獻

[1] 肖巖，陳林，肖果，等.防撞柱實車碰撞性能研究[J].振動與沖擊，2013，32（11）：1-6.

[2] Craig Howard Horton，Gary R.Cook.Portable Vehicle Barrier[J].United States Patent，2002，64（B1）：1-10.

[3] 北京機械設備研究所.一種升降柱式車輛攔截裝置：中國，CN202688916U[P].2013-01-23.

[4] 同濟大學.可自動升降式防撞柱系統：中國，CN103510480 U[P].2012-02-20.endprint