汽車車身耐撞性和碰撞相容性研究

冉滔 宋剛 謝文舉 楊冰

摘 要：車身耐撞性和碰撞相容性體現的是汽車的基本安全因素指標，通過對現有汽車碰撞實驗所體現出的耐撞性、相容性和吸能性優化建模仿真，提高車內自身安全裝置和提升小質量汽車剛度、降低大質量汽車剛度，以達到提高汽車整體安全系數的效果。

關鍵字：耐撞性;碰撞相容性;吸能性

中圖分類號：U461.9? 文獻標識碼：A? 文章編號：1671-7988（2019）12-34-03

Abstract： Research on crashworthiness and collision compatibility of automobile body Abstract： The crashworthiness and collision compatibility of the car body reflect the basic safety factor of the car. Through the optimization of the crashwor -thiness， compatibility and energy absorption performance of the existing car crash test， the car is improved. Internal self- safety device and improve the rigidity of small-quality car and reduce the rigidity of large-quality car to achieve the effect of improving the overall safety factor of the car.

Keywords： crashworthiness; collision compatibility; energy absorption

前言

汽車的安全指標一般以汽車的耐碰撞性和碰撞相容性以及事故對乘客傷害程度來評判，以上指標主要衡量的是汽車的安全性。當車與車發生碰撞時和發生碰撞后，通過汽車車身吸能性能和汽車的自身防碰撞能力對車內成員及對方車內乘員的保護作用。

1 汽車碰撞類型及發生率

對于不同類型的碰撞事故對于乘客的傷害程度也有所差別，本文主要研究兩車相撞時可能存在的情況以及產生的危害。兩車相撞一般又可分為三種情況，正面相撞、側面相撞以及追尾事故，每種事故的發生概率和致命率如表1所示。

由表可以看出正面碰撞的事故發生率相對較低，但致命率卻比較高。雖然各類事故的發生概率隨著地域不同，時間不同，都存在一定的差異，但事故類型與致命率有著一定的對應關系，這對于車身結構設計有一定的借鑒意義。

2 汽車碰撞安全性指標

2.1 耐撞性

汽車車身耐撞性是指汽車本身在遭受碰撞時保護自身車體和車內人員安全的能力。汽車碰撞過程是一個動態大變形和大位移的能量損失過程，在此過程中，瞬時沖擊荷載和接觸方式影響著整車的變形和位移程度，并且整個碰撞系統在碰撞過程中所產生的幾何變形和車身材料變形都是非線性的。本文主要通過建立汽車變形過程中的LMS模型對汽車的正面碰撞過程做簡單分析。如圖1是汽車正面相碰撞的LMS模型。

由圖可以看出當兩車相撞時，不僅僅是外部結構的變形，對于車體內部結構也有很大影響，所以在進行汽車設計時要著重考慮汽車內部構架的耐撞性。現代的很多汽車已經考慮到這個問題，對于汽車底盤等構件進行了加固保護，從汽車的材料、結構都有了進一步的措施。LMS模型有較好的理論基礎，運行速度快，所以在運用得當的前提下，這種模型對于汽車理念設計有很大的啟發作用，對于汽車整體參數的設計研究也可以作為參考。

2.2 相容性

碰撞相容性是指在兩車碰撞事故中，兩車能夠達到質量、剛度、幾何結構上的相容，既可以保護自身車內乘客安全，同時也能保護對方車輛上的乘客安全。

2.2.1 影響碰撞相容性因素分析

（1）在相同的構造和相同的剛性結構的前提下，質量不同的兩個車發生碰撞，質量重的汽車會處于優勢，相對于質量輕的車來說，質量重的汽車發生變形小，駕駛室遭受破壞小，因此車內乘客所遭受的傷害較小。質量輕的汽車受到來至質量重的汽車的破壞大多會造成汽車嚴重變形，車內乘員也比較危險。

（2）在已有的研究報告中可見，當碰撞的輛汽車擁有相同的質量和相同的速度時，汽車碰撞部位的最大變形量與車自身剛度成反比。假設大車前部剛度較大，在與小車碰撞時，即使兩車發生的碰撞剛度不大，大車對于小車的破壞也很大，小車在接觸出也會出現較大的變形量。

（3）對于汽車的幾何外形的設計最終最重要是汽車所能行駛的最大高度。當行車高度不同的兩車相撞時，兩輛車的前部碰撞部位的受力結構會產生縱向錯離，這對于行車高度低的車輛來說是由幾何外形原因所造成的最嚴重的碰撞情況，會使其出現鉆底現象。

2.2.2 相容性理論分析

（1）作用力平均高度影響評估

如圖2所示為作用力高度示意圖，利用作用力在車身的作用點所產生的效果用平均高度的力值來代替：

計算公式為：

在該式中F（t）表示某時間點時某單位作用力的合力;HOF（t）——某時間點的等效力F（t）作用高度，其中：

Fi表示不同時間點各測力單元單獨作用的碰撞力;Hi表示Fi距地面高度。

（2）作用力均衡性評估

汽車碰撞產生的作用力均衡評估是為了評判汽車在碰撞時局部接觸點所產生的作用力分布格局是否均衡。通過對汽車受載荷部件進行分析，得到載荷元件載荷峰值fij和目標載荷元件所受峰值L之間的相對變化參數來表示均衡度，關系式為：