轎車側面柱碰撞車身結構安全性研究

田金鑫 張蘊初

摘 要：轎車發生側面柱碰撞時會對車內人員安全造成較大影響，為保證車內成員安全，越來越多的汽車企業和院校開始進行蜂窩鋁壁障礙物側面碰撞的實驗，這種實驗能很好的模擬兩車發生碰撞的狀況，文章就以轎車側面柱碰撞車身結構安全作為重點，進行深入探討與研究。

關鍵詞：側面碰撞;側面柱碰撞;仿真分析;車輛安全性

中圖分類號：U467? 文獻標識碼：A? 文章編號：1671-7988（2019）04-129-02

前言

近些年，轎車側面柱碰撞安全性能越來越引起更多人關注和重視。然而，大部分轎車企業生產的中低端轎車整體碰撞安全性都不是很高[1]。主要原因是轎車緩沖區太小，并且為了降低汽車生產成本，大多取消了側面安全氣囊等相關保護措施。

1 轎車側面柱碰撞車身結構安全性研究現狀分析

近些年隨著廣大民眾對汽車整體安全性的要求越來越高，給轎車生產企業帶來了很大壓力和挑戰，面對這種嚴峻的形式使得轎車生產企業不得不對制造技術進行提升[2]。然而，關于轎車碰撞方面的實驗設施建設并不完善，對轎車發生碰撞方面的研究還不夠重視[3]。但是，國外已經開始對這方面進行了綜合、深入的研究，主要側重于轎車整體安全性與轎車側面發生碰撞事故統計這兩個重要方面，在一定程度上能為轎車發生側面碰撞仿真提供重要依據。

2 轎車側面柱撞車身結構安全性分析

2.1 轎車碰撞損傷中生物力學理論分析

碰撞生物力逐漸成為車輛碰撞安全領域當中的重要研究內容[4]，并且這種生物力也是車輛在發生碰撞安全研究的主要方向，車輛在受到碰撞之后駕駛員在內部會受到各種機械部件的承受載荷帶來的沖擊，另外，車輛由于受慣性驅使，人體將會受到來自外力作用的沖擊。假設外來的力量超過駕駛員自身所承受的極限，就可能會造成駕駛員失去某些身體方面的生理功能。與此同時還能有效全面了解人員損傷機理與各種不同損傷形式。車輛在發生碰撞之后造成人體受到傷害的因素可以通過汽車外部載荷對人體造成的損害模型來表示：如下圖1所示。

當轎車發生碰撞之后，人的身體由于受到來自外部的壓力影響在載荷作用下對整個人體造成的傷害。外部載荷在通過車身過濾之后會進一步加載到人體的其他部位，如果發生的沖擊外力超過人體承受的極限時，在很大程度上就會造成人體受到傷害[5]。

2.2 轎車側面柱碰撞中的力學分析

轎車發生碰撞是一種比較常見的現象，但轎車側面柱發生碰撞是一種稀少的碰撞形式之一，針對轎車旋轉運動過程當中轎車其他部件吸能就不能夠使用公式MV?/2來綜合計算。

轎車在發生碰撞之后車體的總加速可以通過以下這個公式來進行表達：

以上這個公式中ag指的是轎車重心位置總加速度，ap指的是轎車側柱和轎車接觸界面位置中的加速度，h代表的是一種脈沖產生的一種力臂，α代表著轎車發生碰撞時整個轉角加速度。最終通過牛頓定律就可以得到：F=mag

轎車發生碰撞之后的接觸面和碰撞過程當中角動量守恒定律可以通過以下公式來體現出來：，在這個公式中的k代表的是旋轉半徑，轎車在發生碰撞之后可以得出，然后再把以上各公式計算就可以得出轎車側柱發生碰撞之后產生的總加速度：

2.3 轎車側面柱發生碰撞仿真分析

轎車側面柱發生碰撞仿真模型使用最為廣泛的方式是移動壁障，并且政府相關部門對移動壁障的整體性能也提出了更加詳細的要求[6]。通過使用VPG來提供更多符合ECER96相關標準的不同類型移動壁障作為碰撞車。通常情況下，一臺轎車模型重質量約為1065公斤，整個轎車模型的有限元網格數量大概有557141，對整個轎車施加14.772m/s速度后，整個轎車和MDB的接觸面加大，在MDB自身接觸、轎車輪子和地面進行接觸后，這個時候的仿真時間大概是102ms。轎車側面整體車身結構呈現的是一種軟結構狀態，側面侵入速度將會變得非常快，同時在保持這樣的速度下也會對車內乘員的人身安全造成很大影響。

一般情況下，轎車在發生側面柱碰撞之后都會有以下兩個重要過程同時發生，“一次碰撞”與“二次碰撞”。一次碰撞通常是指轎車和周邊其他障礙物之間發生的碰撞。二次碰撞是轎車內部人員和轎車內部其他結構之間發生的碰撞。轎車中的人員發生碰撞之后受損傷的原因可以歸納為以下幾點重要內容：（1）轎車和障礙物之間發生碰撞過程異常劇烈，進而造成轎車內部人員身上加速度值在很大程度上會超過人體的承受極限，從而使得人體器官會受到不同程度的損傷[7]。（2）轎車在發生碰撞之后其他外部物體會侵入到轎車內部，進而造成車內乘員因為發生擠壓而出現傷亡的現象發生。（3）轎車側面柱在和周邊障礙物發生第一次碰撞之后會產生非常強烈的影響，并且在一定程度上還會造成車內乘員和車輛之間發生更多的二次碰撞，進而造成車內乘員和轎車受傷害面積會更大。此外轎車自身防撞桿布置與剛度設計不合理，在一定程度上也會造成轎車推拉門周邊區域剛度整體安全性能偏低[8]。在轎車和周邊障礙物發生碰撞之后產生的變形問題也會更加嚴重。

3 結論

轎車側面發生碰撞的方式種類有很多種，比較常見的有轎車側面碰撞和障礙物之間發生的碰撞，另外是兩種碰撞側面的形式。在轎車發生交通事故過程當中，轎車側面發生碰撞在很大程度上對車內乘員人身傷害會造成很大影響。因此，對轎車側面柱進行研究就顯得非常有必要性。在對轎車發生碰撞之后產生的作用力經過深入分析之后就可以得出轎車側面柱在發生碰撞之后對整個轎車車身的安全性結構產生的重要影響。經過研究分析，在進行轎車結構安全性設計時應該綜合各方面影響因素，并且對轎車側面發生碰撞之后的事故進行全面調查和分析，從而制定出來一套更加完整的預防人身安全的方案。

參考文獻

[1] 付逸群，張順.轎車側面碰撞車身結構安全性和乘員損傷保護研究[J].科技創新與應用， 2017（24）：161-161.

[2] 鈕嘉穎，郭剛，丁玲，等.基于大壁障側碰和75°側柱碰的車身耐撞性和乘員損傷研究[J].汽車科技， 2017（5）：77-84.

[3] 馬聰承，蘭鳳崇，陳吉清.泡沫鋁復合結構改善汽車側撞安全的仿真研究[J].汽車工程， 2017，39（4）：432-439.

[4] 王國春，李奇奇，戴江璐，等.基于聯合優化方法的汽車碰撞被動安全性研究[J].汽車工程， 2017，V39（2）：168-173.

[5] 王騫，劉軍，張亞軍，等.基于側面碰撞安全性的電動汽車車身結構件輕量化設計[J].汽車技術，2017（2）：44-50.

[6] 劉千揆，陳光，陳超，等.基于小偏置碰撞力匹配研究的車身前端結構改進[J].科學技術與工程，2017， 17（14）：92-96.

[7] 曹景濤，陳西山，張慧芳.電動乘用車正面碰撞車體結構（鋰電池）耐撞性分析[J].時代汽車， 2017（14）：112-114.

[8] 鄧騫.轎車車身結構件分析與設計技術[J].科技與創新，2017（20）： 60-61.