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汽车侧面碰撞安全性的评价与改善

作者：陈晓东朱西产史广奎葛如海程勇

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摘要：本文介绍了我国汽车侧面碰撞法规草案所采用的汽车侧面碰撞安全性评价方法。针对评价方法提出了改善汽车侧面碰撞安全性的措施，并在整车侧面碰撞计算机仿真中进行了应用，仿真结果证明了其有效性和可行性。
关键词：汽车侧面碰撞安全评价方法改善措施

1 引言

近几年，我国汽车工业发展较快，国民的购车热正逐渐升温，汽车的保有量迅速的增长，随之而来的交通事故发生率也在逐年增加。我国城市道路的交叉路口以平面交叉为主，机动车、非机动车混合交通现象严重，从而交通事故类型中汽车侧面碰撞的事故发生率最高。从2000 年中华人民共和国道路交通事故统计资料显示：正面碰撞事故12.852 万次，占交通事故的20.83%，侧面碰撞事故21.2292万次，占34.41%，超过了正面碰撞13.58%。从死亡人数看，侧面碰撞比正面碰撞少4.27%，而受伤人数，侧面碰撞要比正面碰撞多7.59%[1]。由此可见，侧面碰撞是我国发生频次较高、造成严重受伤人数较多的交通事故。提高我国汽车产品的侧面碰撞安全性能，对改善我国道路交通安全具有重大意义。在国内许多汽车生产厂家都在为满足正面碰撞法规CMVDR294 的要求而忙碌时，一汽、上汽、上海通用等国内大型汽车生产厂领先一步，已经开始考虑汽车侧面碰撞安全性的提高。目前，我国侧面碰撞法规的制定已纳入了“十五”规划，由中国汽车技术研究中心承担该法规的起草工作，预计在最近几年内将作为强制性法规颁布实施。

2 汽车侧面碰撞安全性评价方法[2]

从汽车侧面碰撞法规草案的起草工作和2002 年中国汽车技术研究中心开展的三例实车侧面碰撞试验都证明，我国汽车侧面碰撞评价方法基本参照欧洲ECER95 法规。因此，了解ECER95 法规对汽车侧面碰撞安全性的评价方法，有利于汽车生产厂家有针对性的改善汽车侧面碰撞安全性能。

2.1 车身变形的评价方法

汽车侧面碰撞试验是采用移动变形壁障以50km/h 的速度撞击驾驶员侧车身，撞击基准线为过驾驶员座椅R 点的汽车横截面与车门的交线。当车身变形满足以下要求时认为合格：

在侧面碰撞试验过程中，车门不得开启；

(1) 碰撞试验后，不使用工具，应能打开足够数量能使乘员正常进出的车门，以保证所有乘员都能撤离；同时，能够将假人从约束系统中解脱出来，并从车辆中取出；
(2) 碰撞后安全带不能断裂，安全带扣不能脱开；
(3) 所有内部构件在脱落时都不应露出锋利的突出物或锯齿边，而增加乘员受伤的可能性；
(4) 在不增加乘员受伤危险性的情况下，允许出现由永久变形而产生的断裂；
(5) 碰撞试验后，若燃油供给系统存在液体连续泄漏，那么，泄漏速率不得超过30g/min；如果来自燃油供给系统的液体与来自其它系统的液体混合，且不同的液体不容易分离和辨认，那么，在评定连续泄漏时，收集到的所有液体都应计入。

2.2 侧面碰撞假人的评价方法

试验采用EuroSID-I 侧面碰撞假人来考核汽车对乘员的伤害，侧面碰撞假人考核的内容比正面碰撞假人要多，其评价指标如下：

2.2.1 头部伤害指数HIC

HIC 的计算公式为：

式中 a——表示假人头部质心的三向合成加速度（1000Hz 滤波），用重力加速度g 的倍数表示；
t1，t2——碰撞过程中所选择的两个时刻，它们应使上式计算结果达到最大值，单位为s。
HIC 值应小于或等于1000，当没有发生头部接触时，则不必测量或计算HIC 值，只记录“无头部接触”。

2.2.2 胸部性能指数

胸部性能指数包括肋骨变形指数和胸部粘性指数，其中肋骨变形指数由实际测量得到，胸部粘性指数是计算结果。目前胸部粘性指数不作为考核指标，只作参考。

(1) 肋骨变形指数（RDC）表示肋骨在受撞击时的最大变形位移量，RDC 应小于或等于42mm；
(2) 粘性指数（VC）应小于或等于1.0m/s，VC 是由瞬时产生的肋骨压缩量和变形速率的乘积求得，两者均由肋骨的变形获得。t 时刻，肋骨的压缩量为经180Hz 滤波以后的肋骨变形量与假人胸部宽度一半（金属肋骨为0.14m）的比值，即：C(t)=D(t)/0.14。t 时刻的肋骨变形速率按下式求得：

式中 D(t)——t 时刻滤波后的变形量（m）；
δt——变形测量的时间间隔（s），最大值为125×10^-6s。

粘性指数即为MAX{C(t) ﹒V(t)}。

2.2.3 腹部性能指数

腹部力的峰值（APF）应小于或等于2.5 kN 的内力（外力相当于4.5 kN），它是由安装在假人碰撞侧腹部表面下39mm 处的三个力传感器测得的力经过600Hz 滤波后累加所得的最大值。

2.2.4 骨盆性能指数

耻骨合成力峰值（ PSPF）应小于或等于6kN，由安装在假人骨盆耻骨位置的力传感器输出经600Hz 滤波后得到。

3 改善汽车侧面碰撞安全性的措施

从满足汽车侧面碰撞试验的评价要求出发，要提高汽车抗侧面碰撞的安全性，需要对汽车侧面的车身结构进行适当的改进，主要从以下二方面考虑：①尽可能减少车门的陷入量，保证碰撞后假人盆骨附近有足够的空间；②尽可能地降低侧面碰撞过程中传递给假人的撞击，即降低二次碰撞速度，从而降低侧面碰撞假人的伤害值。

3.1 减少车门变形措施

图1 所示d 表示车门内侧距离座椅外侧的最小间隙，侧面碰撞时车身理想的变形量要求小于等于d，这样能够保证乘员在发生侧面碰撞后能有足够的生存空间，及时离开事故车辆。要达到这一要求，最有效的方法是在车门中增加车门防撞杆；其次可以对座椅横梁、门槛加强梁、窗台加强板、B 柱进行适当的加强；最后，要保证A/B/C 柱与顶盖、门槛的接合良好，包括门铰链和门锁的可靠性。因为车门所受的力最终传递给门框，由门框来承受，所以门框的坚固程度将会影响到车门的变形量，门铰链和门锁的可靠性直接关系到碰撞过程中车门是否开启或脱落。

图1 侧面碰撞理想变形量图2 B 柱腰带位置

3.2 降低二次碰撞速度措施

对车身侧面的加强，会在一定程度上增加碰撞过程中汽车侧向加速度，这与降低二次碰撞速度是相矛盾的，因此在对车身侧面加强的同时一定要兼顾到二次碰撞速度的变化。

从国外的试验统计结果显示，侧面碰撞时，人体胸部的伤害值与B 柱腰带（乘员胸部高度位置，如图2 所示）撞击假人的速度成正比[3]。同时，在实际试验中也发现B 柱在变形过程中，腰带处的变形速度最大，如图2 所示。所以，要降低侧面碰撞中乘员胸部的伤害，必须对B 柱的结构进行优化，降低B 柱腰带处的塑性变形速度，如图4 中点划线所示。

图3 实车侧面碰撞仿真模型

图4 B柱变形及速度分布曲线

降低腹部和骨盆伤害同样必须降低对应人体腹部和骨盆位置车身的变形速度，可以采用以下措施：一是在车门内部对应位置增加特殊吸能材料，减少传递到车门内板的撞击能量，从而降低车门内侧的变形速度；二是通过加强座椅骨架刚度，依靠座椅的支撑和缓冲，来降低二次碰撞速度。

4 应用实例

为了证明上述方法的可行性，本文利用经过试验验证过的整车有限元模型，对驾驶员侧车门的窗台加强板和防撞杆、座椅横梁、门槛加强梁以及B 柱腰带位置进行了适当加强，其他零件模型保持不变。在同样的仿真条件下，对改进后整车模型进行侧面碰撞模拟计算，仿真模型如图3 所示，仿真结果如图5 至图6 所示。

图5 仿真结果（1）图6 仿真结果（2）

从改进后模型的侧面碰撞仿真结果显示：相对改进前的仿真结果，车身侧面的变形量和B 柱腰带处变形速度有明显减少，假人胸部、腹部和骨盆的伤害指标有显著降低，但头部伤害指标有增加趋势。

5 结论

通过将改进的整车侧面碰撞仿真结果与改进前的仿真结果及试验结果的比较，可以得到以下结论：

(1)加强汽车地板、门框和车门能够减小汽车侧面碰撞时汽车的变形，确保乘员的生存空间；
(2)二次碰撞速度是人体胸部伤害值的重要影响因素，降低B 柱的二次碰撞速度能明显降低碰撞时人体胸部的伤害。

对车身侧面的加强和增加吸能材料能减少碰撞对人体腹部和骨盆的伤害，但会增加对人体头部的伤害，因此在对车身加强时应进行优化设计。

本文介绍的汽车侧面碰撞安全性评价方法及改善措施具有现实指导意义，能够为国内汽车生产厂家提高汽车侧面碰撞安全性提供借鉴和帮助。

参考文献
1 中华人民共和国道路交通事故统计资料汇编（2000）.北京: 公安部交通管理局，2000
2 中国汽车技术研究中心编.汽车碰撞安全标准手册.2002
3 Tomohiko Ariyoshi， Katsunori Noto. A CAE Application to Body Structure Development for Motor-vehicle Lateral collision. TOYOTA Technical Review Vol.46 No.2 Apr.1997(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (6/9/2005)


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