汽车侧面碰撞保护技术.docx

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1、5.2汽车侧面碰撞保护技术在道路交通事故中汽车的碰撞位置千变万化，其中来自侧面的碰撞属于汽车侧面碰撞, 汽车侧面碰撞可以分为直接碰撞和间接碰撞两种形式，直接碰撞是指车与车之间的碰撞，而 间接碰撞是指由于车辆的滑移，跑偏等引起的与障碍物的碰撞，如树木，柱子等，侧面碰撞 位居正面碰撞之后，是其次种最常见的碰撞形式。对于整个车辆来说，最薄弱的部位是汽车 的侧面，在汽车中占比例最大的轿车来说，轿车的前部及后部、发动机、行李箱、相关车身 及底盘局部的结构强度设计要大于车辆侧面结构局部，在正面或者后面碰撞过程中可以通过 这些局部的结构变形来汲取碰撞能量。轿车发生侧面碰撞时吸能区域小，没有其前部、后部 那样

2、的足够空间发生结构变形来汲取碰撞能量，而且被撞局部与乘员的距离比拟近，易于直 接撞击乘员。因此与正面、后面碰撞相比，车辆侧面碰撞对乘员造成的损害更大，对乘员的 保护也就显得尤为重要。第3章现代汽车底盘新技术5.2.1 汽车侧面碰撞的讨论1 .国内外侧面碰撞的统计据国外有关机构调查讨论说明，交通事故类型中最多的就是碰撞事故，在各种汽车碰撞 事故形式中，汽车侧面碰撞事故发生率仅次于正面碰撞，其造成死亡和重伤的事故约占 25%,其中有43%55%是在车对车碰撞事故造成的，此外12%16%是由于车体侧面撞击 到柱状物而造成的。在德国有半数以上的侧面碰撞对象是电线杆或大树等柱状物体，在2002 年车祸中

3、死亡的32335人中有23%是死于侧面碰撞的，他们当中的60%是死于侧面碰撞时 车辆遇到狭窄物体或者是其他的轻型小货车的碰撞事故中。在我们我国，由于我们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 象极为严峻，导致交通事故类型中汽车侧面碰撞的 事故发生率最高。依据我们我国道路交通事故统计 数据，2001-2007年我们我国发生的交通事故中的 前两大事故形态数据统计如表1. 1所示，表中数 据说明近7年来我们我国侧面碰撞事故是发生频率 最高的事故形态，远高于正面碰撞事故形态，其乘 员死亡率仅次于正面碰撞。由此可见，侧面碰撞是 我们我国发生频次较高、造成严峻受伤人数较多的 交

4、通事故。提高我们我国汽车产品的侧面碰撞平安 性能，对改善我们我国道路交通平安具有重大意 义。5.2.2 汽车侧面碰撞的讨论2 .国内外侧面碰撞的统计据国外有关机构调查讨论说明，交通事故类型中最多的就是碰撞事故，在各种汽车碰撞 事故形式中，汽车侧面碰撞事故发生率仅次于正面碰撞，其造成死亡和重伤的事故约占 25%,其中有43%55%是在车对车碰撞事故造成的，此外12%16%是由于车体侧面撞击 到柱状物而造成的。在德国有半数以上的侧面碰撞对象是电线杆或大树等柱状物体，在2002 年车祸中死亡的32335人中有23%是死于侧面碰撞的，他们当中的60%是死于侧面碰撞时 车辆遇到狭窄物体或者是其他的轻型小

5、货车的碰撞事故中。在我们我国，由于我们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 象极为严峻，导致交通事故类型中汽车侧面碰撞的 事故发生率最高。依据我们我国道路交通事故统计 数据，2001-2007年我们我国发生的交通事故中的 前两大事故形态数据统计如表1. 1所示，表中数 据说明近7年来我们我国侧面碰撞事故是发生频率 最高的事故形态，远高于正面碰撞事故形态，其乘 员死亡率仅次于正面碰撞。由此可见，侧面碰撞是 我们我国发生频次较高、造成严峻受伤人数较多的 交通事故。提高我们我国汽车产品的侧面碰撞平安 性能，对改善我们我国道路交通平安具有重大意 义。50%40%30%20

6、%10%0%正面碰撞 侧面碰撞J J J J I I I I I I I 111111 。99 & & &我们我国不同形态事故统计 数据2 .新车评价程序NCAP对侧面碰撞测试的规定为了降低在侧碰事故中乘员受重伤和致命损害的风险，各国都制定有汽车侧面碰撞法 规，其目的是依据法规试验过程中测得的假人加速度，规定汽车的抗撞性能要求、车门加强 要求和其他要求，以提高汽车侧面碰撞平安性。汽车企业产品开发的重要法律规范 NCAP(New Car Assessment Program),对新车的侧面碰撞平安性能做了相应的规定，各厂商 在市场上销售的车型都依据NCAP进行碰撞平安性能测试、评分和划分星级，向

7、社会公开 评价结果。表5. x各国新车评价规程中测试的速度欧洲新车平安评 鉴协会(E-NCAP)美国高速大路平安 管理局(NHTSA)日本新车平安评价 体系(J-NCAP)中国新车评价规程 (C-NCAP)正面碰撞无56km/h55km/h50km/h正面偏置40%碰撞64km/h无64km/h56km/h侧面碰撞50km/h63km/h55km/h50km/h侧面柱碰29km/h车辆以75角撞击 柱体的碰撞测试，时 速约 32. 2km/h无无2006年7月25日，中国汽车技术讨论中心正式发布了中国新车评价规程(C-NCAP)。 其中，侧面评价体系基本参考了侧面碰撞的我国标准GB20071-

8、2006,但也有所区分：(1)碰 撞最低速度由49km/h提高到50km/h；采纳假人为ES2； (3)增加对假人背板力人和几 的F,与MX的测量。C-NCAP侧面碰撞试验工况，如图XX所示。试验评分将假人分为4个区域：头部、胸部、腹部和骨盆，每个部位最高得分均为4 分，总分16分。其中各详细评价指标如下(括号内的数值分别为凹凸性能限值)：(1)头部：头部损害指数印C36(6501000)和3ms合成加速度值(7288g)；(2)胸部：压缩变形量(2242mm)和粘性指数VC(0.32L0m/s)；罚分项背板力工、(1.04.0kN)以及几的Fv (L52.0kN)和吃 (150200Nm)；

9、 JK(3)腹部：腹部力(L02.5kN)；(4)骨盆：骨盆力(3.06.0kN) o图XX C-NCAP侧面碰撞试验工况此外对试验过程中的车门开户、平安带失效和试验后的 燃油泄漏也作了罚分规定。3 .侧面碰撞中乘员损害机理分析在侧面碰撞事故中，被撞车辆承受的碰撞能量最终转化为2局部：(1)转化为被撞车辆 的系统动能；(2)转化为系统内能，包括车辆自身汲取的能量和乘员汲取的能量。其中乘员 汲取的能量是造成乘员损害的根本缘由，这些能量的传递通过车身与乘员之间的碰撞实现。 在碰撞事故中乘员受损害的程度直接取决于乘员与车身侧面零部件之间简单的相互接触过 程，一般称之为二次碰撞。交通事故统计数据说明，

10、在侧面碰撞中导致乘员死亡和身体严峻操作的主要部位依次是 头部、胸部、脊椎、腹部和骨盆。通过对碰撞后车辆结构损坏模式和乘员操作状况的分析, 可以觉察造成上述部位损伤的主要缘由有：(1)车辆受到撞击后，侧面结构变形严峻造成侵入量过大，致使乘员失去了必要的生存空间，即挤压造成的损害；(2)乘员在二次碰撞过程中与车辆侧面零部件发生剧烈接触造成的损害。要提高车辆侧面碰撞性能，降低乘员损害,图XX侵入量过大造成乘员死亡二次碰撞中引起乘员损害的直接接触，主要发生在乘员和内饰零部件之间，而乘员受损 害的程度主要由接触速度、接触刚度和接触位置所打算。是要掌握能量转移，即加强车身横向结构刚度，使 更多的能量转换为

11、被撞击车辆的系统动能；二是要 掌握侧围变形，削减侧围的侵入量，保证乘员的生 存空间，降低由挤压造成的损害；三是要掌握二次 碰撞中直接引起乘员损害的接触过程，依据乘员不 同部位的承受力量的不同和车身零件的侵入速度的 不同，来掌握接触刚度。提高侧面碰撞平安性能一一车身整体结构平安性能上述分析可知，提高整车结构平安性能，加强车身横向结构刚度，可以掌握能量转移, 使更多的能量转换为被撞击车辆的系统动能，并且削减侧围的侵入量，保证乘员的生存空间, 降低由挤压造成的损害。提高整车结构平安性能总结有3种方法：(1)优化更改车身结构；(2)提高材料性能；(3)通过增加填充物质。1 .车身结构的优化更改在更改现

12、有车身结构时，通常最有效的方法是增加适当的简洁加强部件，并保证不影响 其相关位置原有部件的功能。这样不会大量增加制造和工艺本钱，有利于生产预备和优化比 较，并且不影响现有生产组织的进行。但究其根本缘由是车身结构的设计不合理，故设计师 在车身结构设计时要充分考虑到车身结构的平安性能。在车门设计时，合理设计防撞梁及其支架、中部加强板等横向传力部件，使其在撞击过 程中能有效地将撞击力传递到侧围，削减车门的侵入量。同时优化车门与侧围的重叠范围， 在碰撞时维持车门和侧围结构保持良好的结合。门内饰的设计在满意功能要求前提下，削减 不必要的加强筋，从而削减二次碰撞对乘员的损害。B柱的设计应最大化B柱位于窗框

13、下方局部的抗弯曲力量。避开B柱在乘员的胸部区 域弯曲失效。优化设计，引导B柱在碰撞时的变形方式，使得B柱以一个平滑的方式产生 弯曲变形。同时合理设计B柱上、下端与车体的连接部位使撞击力尽可能地通过地板横梁 和车顶横梁向非撞击侧传递。车身横向承载结构的设计应保证横向承载结构能有效地将撞击力传递到另一侧。合理设 计横梁截面，保持从一侧到另一侧的结构连续性。优化横梁的接头设计，使得车身横向结构 与纵向结构间保持充分的连接。在障壁车的碰撞区域内布置足够的横向承载结构。局部进行 加强以加快载荷传递的速度，稳定载荷传递路径的结构。例如，车身采纳“3H”形结构方 案在欧美最为流行。如图XX所示，“3H”是指

14、在车身的底部、侧面和顶部的骨架都呈现 形，并组成立体框架的设计，这一车身结构为图XX 3H形结构方案图XX 3H形结构方案高刚度、封闭式承载式车身，“3H”形结构能合理地 分流在碰撞中传导的力，提高车身横向承载力量，削 减车体的变形量，从而改善整车的碰撞性能。优化座椅设计和布置，使得座椅管柱处在碰撞障壁前端接触区域内。适当布置中心通道支撑件，以传递座椅管柱的载荷。适当地对座椅管柱 四周的车身侧围以及门结构进行设计，以确保其与座椅管柱能更早地接触。在提高车身整体平安性能方面，日系车比拟注意车身结构的优化更改。例如，新马自达 6通过优化车身结构设计以到达提高整车碰撞平安性能。与大多数汽车制造商所遵

15、循的“碰 撞能量分散与汲取“原理一样，马自达应用的MAIDAS方案（Mazda Advanced Impact Distribution and Absorption System马自达先进碰撞能量分散与汲取方案），也是通过车身结 构的优化使得碰撞时产生的能量可以沿着预设的方向向车身分散汲取。当车身结构在碰撞时 汲取和分散撞击的能量后，从而大幅降低对乘员舱的冲击负荷，同时由超高强度钢板加强的 乘员舱不会发生严峻的变形，保证乘员的生存空间。2 .提高材料性能；要到达“吸能&分散”的原那么不仅仅需要车身结构的优化设计，在车身结构部件上还需要采纳强 度更高的高强度钢板来起到抑制变形和传递能量的作用。

16、高强度钢板的大量使用不仅可以降低钢板厚 度，减轻重量同时还可以增加车体强度和刚性。因此这已经成为新款车型重要的车身特点。在转变车身结构比拟困难的状况下，可通过对撞击传力途径（如图XX所示）上的关键 部件提高其材料性能，例如：B立柱、车顶纵梁、摇臂加强筋以及汽车横梁，对抗击侧碰撞 特别重要。通过提高材料性能使车体变形侵入量削减，更好地将撞击力由撞击侧传递到非撞 击侧。目前国外高强度钢、超高强度钢在车身上已经普遍应用，但在国内，由于钢材性能和 现有冲压模具的限制，对高强度、超高强度钢在汽车上的应用有肯定的制约。在提高车身整体平安性能方面，欧美车比拟注意提高材料性能，以增加车身的刚度和强 度。例如，

17、BMW汽车配备高效的侧面撞 击保护系统，如图XX所示，包括高度稳 定的车门和特殊结实的B柱，每扇门内 均内置对角铝横梁，确保车门和侧壁具有 非同一般的刚度和强度，防止外部物体突 入车厢。此外,极其结实的车门锁和较链、 座椅和扶手区域内的加强件以及附加的 合成吸能元件都有助于降低传导至车厢 的撞击力。BMW的车架具有精彩强度，其本身 是由高强度钢制成的，再加上经过特地强 化的车身底板，这构成了乘员舱的结实基 础。结实的A柱，B柱和C柱以及一体式 侧面撞击防护系统，底板范围内以及座椅 下的高度稳定的横梁构成了特别结实的 平安笼，在发生事故的状况下确保乘员的 生还空间。高强度材料和创新的轻型材料 如

18、铝的应用那么提高了车辆应对撞击的力量，降低了修理和更换各个部件的相关费用。3 .填充物的添加图XX填充方法在车身上的应用填充方法也是一种不转变现有结构而提高碰撞 性能的有效途径，也是解决NVH问题的有效途径。 填充方法是在现有结构薄弱位置的空腔中，在不影响 相关零件的布置和功能的前提下，通过加入不同基材 的填充物质，采用发泡材料作连接剂，在现有工艺工 装条件下，采用发泡材料的性能，通过高温使其膨胀 起到连接作用，从而对结构局部的强度进行加强，如 图XX所示。这种方法的优点是实现简洁，现有工艺 工装无须改动，但由于国内应用较少，对其连接牢靠 性没有把握。侧面碰撞时保护乘员平安乘员约束系统乘员约束

19、系统旨在避开或减轻车内乘员与车内部件发生二次碰撞（汽车与障碍物的碰撞 为一次碰撞），从而使乘员所受到的损害降低到最小。侧面碰撞时，能有效削减乘员损害的 主要部件有：平安气囊和平安气帘、吸能式内饰等。1 侧面平安气囊和平安气帘统计觉察侧面碰撞对车内乘员的身体和头部的损害程度比正面碰撞还要严峻，在侧面碰 撞死亡事故中头部损害占59.27%,胸部损害占21.98%,而其他部位损害占18.75%。车辆在 发生侧面碰撞时，侧面平安气囊将乘客身体移 出危急区域，在侧面碰撞期间降低施加在身体 上的力，从而有效地保护头部和胸部。在典型侧面碰撞中，在乘员和车门及B柱 之间的实际间隙必需快速加以闭合，如图XX 所

20、示。为了保护乘员的侧面部位，侧面平安气 囊必需以极快的速度在乘员和车门之间在很小间隙间绽开。图XX车门及B柱之间的平安气囊在头部/胸部平安气囊绽开场合，头部在20ms之内到达全部绽开。从座椅绽开的侧面平 安气囊通常安装在座椅骨架上，这些平安气囊系统包括： 保护胸部的胸部平安气囊 保护头部和胸部的头部/胸部平安气囊 保护胸部和骨盆的胸部/骨盆平安气囊随着越来越多的平安气囊系统增加到量产车中，头部损害将削减80%90%。可以说气 囊系统的广泛应用有效地减轻了乘员的碰撞损害程度。2 .侧面吸能式内饰平安带、气囊等对乘员起到重要的保护作用，但是内饰件的吸能作用也不行忽视。车辆 内饰件就不能仅仅满意装饰

21、作用，还要满意在肯定工况下保护乘员的作用。通过对侧面碰撞乘员损害机理的分析，在造成乘员直接损害的二次碰撞中，接触刚度和 接触位置都与轿车的内饰零部件有直接关系。内饰零部件针对侧面乘员保护的目标就是在特 定的接触位置，使乘员与内饰零部件的接触刚度到达最优匹配。接触刚度是指在碰撞过程中与乘员发生接触的侧面内饰零部件相对于乘员躯体的相对 刚度。当乘员在碰撞中与内饰零件发生碰撞时，一局部的碰撞能量需要在这个过程被汲取。 假如这局部能量被乘员汲取，那么转化为乘员的损害值；假如这局部能量更多地被接触的内饰 零部件汲取，就可以相应降低乘员的损害值。调整接触刚度是改进侧面碰撞平安性能有效而 直接的方法。设计内饰件时应从如下方面考虑：(1)尽量避开头部撞击到刚性硬点，或者保证硬点在肯定条件下可溃缩；(2)内饰件应选用吸能特性的材料，或在内饰件内部增加吸能结构以到达同样效果；(3)内饰件加强筋的数量、厚度、高度和间距以及内饰件的本体设计等等，对于降低头 部损害值作用很大，因此设计时应予以重点考虑。