汽車正面角度碰撞實驗方法對比分析研究

王慶龍 陳連鵬 陳景然

摘要：汽車正面碰撞在實際交通事故中是很常見的一種事故形態。目前國內外針對汽車正面角度碰撞的試驗標準和法規并不多，主要有美國FMVSS208法規中的30°斜角碰撞和美國高速公路安全管理局NHTSA推出的（OMDB）試驗。30°斜角碰撞是FMVSS208法規體系中的一種試驗形式，目的是驗證安全氣囊在乘員不佩戴安全帶的工況下對乘員的防護效果，關注點是降低安全氣囊對乘員的額外傷害。NHTSA針對美國小重疊率碰撞、斜角碰撞、鉆撞等事故中乘員傷亡大的情況，推出OMDB測試工況，目的是提高車輛對乘員在上述事故中的保護效果，并計劃將該工況引入USNCAP美國新車評價規程中。

關鍵詞：汽車正面角度碰撞;實驗方法;對比分析

引言

隨著汽車保有量的不斷增加，汽車安全越來越被消費者重視，人們更多的是比較關注乘用車的安全問題，對小、輕型載貨汽車的安全問題關注則相對較少，且汽車廠商在這些車型的碰撞安全方面的研發投入又很少，導致小、輕型載貨汽車事故率高、事故傷害大。由于這些車型的優點，在市場中有著不可或缺的地位。所以這類貨車的安全問題已經引起了社會各方面的共同關注。

1中國汽車正面角度碰撞研究現狀

美國在FMVSS208法規中的30°斜角碰撞和OMDB規程的推動下，車輛角度碰撞的乘員保護將會日益完善。而我國交通道路上每年發生大量角度碰撞事故，但并未開展類似FMVSS208中的30°斜角碰撞和OMDB的角度碰撞試驗，值得相關部門引起重視，角度碰撞標準的建立也亟需解決。我國關于汽車正面碰撞的國家標準為GB11551-2014《正面碰撞乘員保護》和GBT20913-2007《乘用車正面偏置碰撞的乘員保護》。此外，中國新車評價規程C-NCAP的正面碰撞規程包含100%正面全寬剛性壁障碰撞、40%偏置碰撞和MPDB試驗。但這些國標和規程均沒有涉及角度碰撞，有直接規定角度碰撞的國標是GB11552-2009《乘用車內部凸出物》，標準要求車輛在滑車上進行±18°角度碰撞，碰撞過程中僅是檢查約束系統對乘員的保護情況，確認乘員是否與內飾件接觸，但不采用乘員試驗數據進行評價。

2正面角度碰撞標準法規對比分析

2.1碰撞形態

汽車正面碰撞形態主要通過碰撞速度、試驗車輛與壁障的碰撞角度，以及車輛和壁障的偏置率來體現。30°斜角碰撞是美國FMVSS208法規中為成年男性乘員設置的一種碰撞測試工況，試驗車輛以20～25mph（30～40kph）的速度與30°斜角剛性壁障發生碰撞。試驗時，左側30°和右側30°兩種形式，試驗車輛均需要進行測試。OMDB是采用移動可變形壁障臺車以90km/h的速度，與靜止試驗車輛發生15°的角度碰撞。OMDB為讓A柱遭受更大載荷并侵入駕駛艙，試驗車輛與壁障臺車的偏置率設為35%。為保證車輛左右側的碰撞安全均勻性，OMDB同樣設有左側15°、右側15°兩種碰撞形態。縱觀各國正面碰撞測試標準，OMDB在試驗速度、碰撞角度、碰撞偏置率等方面都是非常嚴苛的。

2.2碰撞測試

優化前的整車碰撞性能較差，導致其碰撞加速度偏大。車架縱梁為槽型結構，碰撞變形不穩定。車架前部無潰縮吸能結構，縱梁彎曲變形多，軸向壓潰變形少，吸能效率低，變形模式不合理，車架吸能效果較差。碰撞能量通過縱梁傳遞到落差位置，由于存在落差，所以容易產生折彎失效變形。落差位置一旦折彎失效，車架失去有效支撐，能量就不能繼續被車架有效吸收，致使駕駛室受力變形嚴重，前圍板侵入量過大，乘員艙生存空間被壓縮，影響乘員安全。轉向系統安裝在車架左前端，由于轉向管柱下軸不能滑動，導致方向盤后移量較大，會進一步增加假人傷害。

3優化后車輛碰撞分析

3.1汽車前縱梁結構優化設計

汽車正面碰撞過程中，前縱梁是重要的吸能承載結構件，直接對整車的安全性起到重要影響。正面碰撞分為100%重疊和偏置碰撞兩種，實際中，絕對的完全重疊碰撞很少發生，最常見的是偏置碰撞工況，這就造成遠離壁障側的前縱梁受到的力并非完全軸向，使得前縱梁發生彎曲變形;彎曲變形使得前縱梁失去原有的軸向承載能力，起不到吸能保護乘員的作用。因此，對影響前縱梁折彎變形的因素進行分析，通過相關參數優化設計，提升此種工況下的承載能力，對提升前縱梁吸能特性具有重要意義，也是近年來研究人員研究的重要課題之一。針對前縱梁碰撞吸能過程進行分析，搭建有限元分析模型，對前縱梁的失效形式進行分析，折彎變形失效發生時，前縱梁失去承載吸能作用;臨界角是發生折彎變形的重要指標;分析影響前縱梁彎曲變形臨界角的影響因素，并獲得影響規律。

3.2第一橫梁

第一橫梁在優化前基礎上X向前移，橫梁呈槽型，中間開通風減重孔，兩端各有五個固定點與縱梁上下翼面連接，橫梁布置在前簧前支座總成硬連接的前方，預留一定的潰縮空間有利于碰撞能量的吸收。右縱梁加強板和左縱梁前部加強板通過鉚釘和螺栓鉚接、螺接成一體，形成內外扣合的結構，車架前端在X向強度弱化的同時，能保證前部的扭轉和彎曲剛度，以滿足前板簧前安裝點受力和使用的可靠性。前板簧懸架底盤結構的載貨汽車，由于前板簧的結構原因，在車輛發生碰撞時，轉向橫拉桿總成和前鋼板板簧總成可以提供X向支撐力阻礙汽車前部結構的潰縮，降低整車吸能效果，會導致車身B柱加速度過高和乘員艙侵入量過大，對乘員造成人身傷害。采用上述結構后，通過對縱梁前端結構X向強度的弱化和在硬連接前預留潰縮空間，從而提供了一種有利于提高整車碰撞被動安全性的載貨汽車碰撞結構。當汽車受到高速碰撞時，第一橫梁和扣合位置處的潰縮孔結構對能量進行充分的誘導變形和吸收，降低碰撞初始階段的加速度，將剩余能量通過車架縱梁和車身縱梁傳遞到車身上，從而顯著的提高車架和車身的吸能效果，有效地降低碰撞加速度，有利于提高載貨汽車的被動安全性能。

結束語

我國對于汽車正面角度碰撞研究還只是起步階段，涉及到的角度碰撞機理、乘員損傷特點并不清晰，國家標準規范的建立還需要大量的理論研究和實踐作為支撐。

參考文獻：

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