汽車側面碰撞的研究現狀及發展

程海東，田國紅，孫立國，齊登科

（遼寧工業大學汽車與交通工程學院，遼寧 錦州 121001）

行業綜述

汽車側面碰撞的研究現狀及發展

程海東，田國紅，孫立國，齊登科

（遼寧工業大學汽車與交通工程學院，遼寧 錦州 121001）

論文在探討了汽車側面碰撞的研究意義后，分析了汽車側面碰撞的研究現狀及研究方法，并提出了我國汽車側面碰撞的發展趨勢。

汽車；側面碰撞；研究方法

前言

隨著科技的發展，汽車安全內容更加的詳細?？傮w分為兩類：一類是避免事故發生的主動安全；一類是降低事事故發生時人體傷害的被動安全。側面碰撞是車輛交通事故的一種重要形式，其理論研究十分必要。

1 側面碰撞的研究意義

我國人口眾多，道路環境多種多樣，車輛的質品參差不齊，人們的安全意識不高，交通事故頻發，每年因為車禍造成的經濟損失高達10億元。在交通事故統計數據中（如圖1所示），車輛在正面碰撞的比重占到了62%，側面碰撞的在所有交通事故中的比重為23%。從圖2中交通事故形態柱狀圖可以看出，交通事故中側面碰撞的比重僅占正面碰撞的1/3，但二者死亡人數相差不大。可知道交通事故側面碰撞事故發生概率較高，其致死率和致傷率分別居所有交通事故中的第二位和第一位，因此汽車安全領域中對側碰的研究意義重大。

圖1 汽車事故形式餅狀圖

圖2 車輛事故形態柱狀圖

2 汽車側面碰撞的研究現狀及發展

汽車對側面碰撞的研究同樣是一項復雜的系統工程。其研究內容涉及力學、電學、醫學、生物學等多個學科及領域。汽車結構安全性研究和車內乘員安全性研究是側碰主要研究的兩個方面[1]。

2.1 側面碰撞結構安全性研究

側面碰撞的結構安全性的研究，不僅僅指的是車身結構的研究，也涉及到側面碰撞試驗所用的碰撞設備（可變形移動壁障 MDB、試驗假人等）以及側面碰撞的結構標準，以至于最大限度的貼合實際情況[2]。

2.1.1 車身結構的研究

在側面碰撞研究中，由于沒有保險杠、前縱梁、發動機等吸能結構對碰撞的沖擊進行緩沖。只能通過側面結構（門檻梁、B柱、車頂縱梁、底板加強梁等）進行沖擊力的緩沖和轉移。由于側面緩沖空間比較小，因此對側面結構的要求很高，在能滿足車身側圍部件的侵入量和侵入速度的同時能夠在有效的空間內吸收更多的沖擊能量，以便在側面事故中有效的降低乘員的損傷。

2.1.2 側撞移動變形壁障（MDB）的研究

MDB試驗是研究側面碰撞試驗中的重要環節。用MDB進行試驗不僅可以模擬出車輛之間的碰撞情形，而且能重復操作降低開發成本。日本汽車研究所對 NHTSA（National Highway Traffic Safety Administration）和 EEVC（Europe Experimental Commission）的試驗中假人的損傷程度的巨大差異進行總結，第一、MDB的特征值（如外形參數、蜂窩鋁特性、整車質量等）對影響試驗結果的最終評價；第二、對試驗結果影響較大的還有MDB的速度與碰撞方向的夾角大小。由于現在不同國家車型種類繁多，車型更新速度加快，MDB很難進行統一的標準，況且美國、歐洲的MDB不可能適用于其他國家車輛。

2.1.3 側面碰撞假人的研究

假人最早用于格魯曼等航空企業的航空座椅等方面的測試，隨后在成為汽車安全研究上發揮重要的作用。并開發了不同系列的假人，包括男性假人、女性假人、兒童假人。隨著仿生學和損傷機理的深入研究，國際上側面碰撞使用的假人主要有EuroSID-1、BIOSID、ES-2、SID-IIs等。不同的側面碰撞法規使用不同的側碰假人，美國使用的是 SID，歐洲和日本在EuroSID-1假人基礎上進行改進，目前更多使用性能更好的ES-2型假人。我國同日本一樣，側碰所使用的假人是Euro SIDⅡ型男性假人，通過碰撞后假人的傷害值指標來評價車輛的安全性[3]。

2.2 側面碰撞乘員響應研究

側面碰撞乘員響應及損傷的研究。對側碰中乘員響應的研究主要集中在人體容易損傷或致命的部位，如頭、胸、頸、腹以及盆骨等部位，能夠直接或間接與汽車接觸的部位。其研究主要分為兩方面，一是側面約束系統的開發，二是車身側圍部件（如座椅、內飾、B柱等）結構的設計優化。美國Wayne州立大學的J. Cavanaugh等人對乘員損傷的各種評價指標的研究進行了大量工作，他們研究乘員身體損傷機理和耐受限度是通過大量的尸體試驗，并運用MADYMO等仿真軟件建立數值模型，通過對評價指標的深入研究，從而研發行之有效的安全保護裝置，其中在損傷生物力學方面取得明顯的成績。

3 汽車側面碰撞研究的方法

現在，對于汽車側碰主要有大致三種研究方法：實車碰撞試驗、臺車碰撞試驗、計算機仿真分析。

實車碰撞試驗是對所開發成品整車進行真實的碰撞，根據碰撞結果對汽車整車進行評估。實車碰撞試驗主要包含通過固定壁障碰撞測試的正面碰撞試驗、通過可移動變形壁障測試法、翻滾測試、柱碰等測試方法的側面碰撞試驗；還有正面側面都進行的實車對實車碰撞測試等等。其中移動壁障測試是在汽車側面碰撞安全性研究中常用的方法，就是用按照相關法規規定對移動壁障進行設計以規定速度去撞擊靜止的整車來進行評價汽車安全性能的一種方法。實車碰撞試驗，如圖3所示，是最能呈現事故場景的方法，也是綜合評價汽車安全性能的是最直接有效的一種方法。并且此試驗方法所得數據為乘員安全系統的改進和車輛側面結構的設計優化提供可靠的資料，其所得實驗數據可以作為臺車模擬試驗和計算機模擬仿真的試驗條件。但實車碰撞試驗的缺點就是開發成本高，周期比較長，不能重復使用也不能回收利用等等。

在研究中，對車身側面結構比較簡單，對側面結構的改進和優化是很有限。臺車側面碰撞試驗用來對車身側圍內部構件（安全帶、內飾、氣囊等）與乘員之間的響應，如圖 4所示。它是將1/4整車側前部分搭建成臺車模擬整車碰撞，將緩沖塊放置在剛性墻與臺車之間，臺車以一定速度撞擊剛性墻，中間的緩沖裝置描述力學特性，然后得到接近實車碰撞結果的速度變化特性。通過速度波形來模擬汽車變形的過程，用來驗證側圍內部構件的對側面沖擊力的吸收性能。

圖4 TNO公司的臺車側碰裝置

圖3 實車碰撞試驗

這種裝置的不足之處就是僅能對車門附件上單個點的加速度變化進行測試，車門附件上所有點的加速度波形不能進行模擬，因此需要根據具體的研究內容而進行適當的選擇相應的點。如果要研究人體胸部對車門內飾板的運動變化的響應問題，可以取與人體胸部位置對應車門內飾板上的加速波形定義為臺車模擬的目標波形。

目前荷蘭TNO、Seattle Safety公司、IST公司以及三菱公司是具備生產臺車碰撞試驗裝置能力的主要公司。

如今，計算機配置的巨大提升，仿真軟件開發的日益完善。使得計算機仿真技術在車體結構強度分析、汽車安全系統的驗證、人體的生物力學研究、碰撞用假人的研究等方面發揮著重要作用。盡管計算的仿真分析比不上實車碰撞分析準確，但是在汽車的研發初期產品成型前的研究發揮重要作用，而且減少試驗次數，節省試驗成本，縮短了開發周期。汽車碰撞計算機模擬理論和方法是建立在拉格朗日分析力學、碰撞理論、有限元理論、生物力學、牛頓矢量力學、材料理論、多剛（柔）體系統動力學、數值方法以及計算機技術水平的不斷發展和完善基礎之上的。模擬碰撞事故中乘員與環境的相互作用可以采用多剛體系統動力學理論建模的軟件，能很好地再現事故過程，而描述車身結構的抗撞性可以采用顯式有限元理論建模的軟件，處理很多異常復雜的結構大變形問題。而這些方面的商用軟件品類繁多，應用較多的有 CAL3D、MADYMO、LS-DYNA、PAM-CRASH、MSC／DYTRAN等軟件。

4 結束語

目前，汽車碰撞的研究在我國迅速發展，部分國產汽車在碰撞測試中的得分已接近國外高檔車。汽車側面碰撞作為車禍中的一種重要碰撞形式，其理論研究和技術的發展將會為車禍中乘員的生命及財產安全提供有利的保障。

[1] 黃靖.汽車碰撞過程中加速度特征對乘員損傷的影響分析[D].大連理工大學,2009.

[2] 呂恒緒,李向榮,張振鼎. ES-2與SID Ⅱ s側碰假人頭部傷害指標對比研究[J].交通標準化,2009,(22):25-29. [2017-09-01].

[3] 本刊編輯部,占強,楊絮. 假人能代替你嗎?——碰撞試驗假人介紹系列之簡介篇[J].世界汽車,2007,(03):86-89. [2017-09-01].

Research Status and Development of Automobile Side Impact

Cheng Haidong, Tian Guohong, Sun Liguo, Qi Dengke
（School of automobile and traffic engineering, Liaoning University of Technology, Liaoning Jinzhou 121001）

After discussing the significance of the research on the side impact of the automobile, the paper analyzes the research status and research methods of the side impact of the automobile, and puts forward the development trend of the automobile side impact.

Automobile; side impact; research method

U467.3

A

1671-7988(2017)22-01-03

10.16638 /j.cnki.1671-7988.2017.22.001

程海東，碩士，就讀于遼寧工業大學。研究汽車 CAD/CAE/CAM技術。

CLC NO.:U467.3

A

1671-7988(2017)22-01-03