汽车侧面碰撞保护技术

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， 是第二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在正面或者后面碰撞过程中可以通过的侧面，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 及底盘部分的结构强度设计要大于车辆侧面结构部分，这些部分的结构变形来吸收碰撞能量。轿车发生侧面碰撞时吸能区域小，没有其前部、后部那样的足够

2、空间发生结构变形来吸收碰撞能量，而且被撞部分与乘员的距离比较近，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伤害更大，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汽车侧面碰撞的研究1. 国内外侧面碰撞的统计据国外有关机构调查研究表明，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，另外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3233

3、5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碰到狭窄物体或者是其他的轻型小货车的碰撞事故中。正面碰撞 侧面碰撞50%40%30% -20%|0%我国不同形态事故统计数据在我国，由于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 重，导致交通事故类型中汽车侧面碰撞的事故发生 率最高。根据我国道路交通事故统计数据， 2001-2007年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，表中数据表明近 年来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，侧面碰撞是我国发生频次

4、 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。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伤害的风险，各国都制定有汽车侧面碰撞法规，其目的是根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安全性。汽车企业产品开发的重要规范NCA P(NewCar Assessment Program)，对新车的侧面碰撞安全性能做了相应的规定，各厂商在市场上销 售的车型都按照NCAP进行碰撞安全性能测试、评分和划分星级，向社会公开评价结果。表5.x各国新

5、车评价规程中测试的速度欧洲新车安全评鉴协会(E-NCAP美国高速公路安全管理局(NHTSA日本新车安全评价体系(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%!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，中国汽车技术研究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国家标准GB20071-2006，但也有所区别：(1 )碰撞最低速度由49km

6、/h提高到50km/h ； (2)采用假人为ES2; (3)增加对假人背板力 Fy和T12 的Fy与M x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分，总分16分。其中各具体评价指标如下(括号内的数值分别为高低性能限值)：(1) 头部：头部伤害指数 HIC36( 6501000 )和3ms合Mru成加速度值(7288g)；(2) 胸部：压缩变形量(2242mm)和粘性指数 VC(0.321.0m/s)；罚分项背板力Fy (1.04.0kN)以及 兀 的Fy( 1.52.0kN )和 Mx( 150200Nm)；

7、腹部：腹部力(1.02.5kN)；图XX C-NCAP侧面碰撞试验工况(4)骨盆：骨盆力(3.06.0kN )。此外对试验过程中的车门开户、安全带失效和试验后的燃油泄漏也作了罚分规定。3. 侧面碰撞中乘员伤害机理分析2部分：(1)转化为被撞车辆在侧面碰撞事故中，被撞车辆承受的碰撞能量最终转化为 的系统动能；(2)转化为系统内能，包括车辆自身吸收的能量和乘员吸收的能量。其中乘员 吸收的能量是造成乘员伤害的根本原因，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伤害的程度直接取决于乘员与车身侧面零部件之间复杂的相互接触过 程，一般称之为二次碰撞。交通事故统计数据表明，在侧面碰撞中

8、导致乘员死亡和身体严重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， 可以发现造成上述部位损伤的主要原因有：(1) 车辆受到撞击后，侧面结构变形严重造成侵入量过大，致使乘员失去了必要的生存 空间，即挤压造成的伤害；(2) 乘员在二次碰撞过程中与车辆侧面零部件发生强烈接触造成的伤害。二次碰撞中引起乘员伤害的直接接触，主要发生在乘员和内饰零部件之间，而乘员受伤害的程度主要由接触速度、接触刚度和接触位置所决定。图XX侵入量过大造成乘员死亡要提高车辆侧面碰撞性能，降低乘员伤害，一 是要控制能量转移，即加强车身横向结构刚度，使 更多的能量转换为被撞

9、击车辆的系统动能；二是要 控制侧围变形，减少侧围的侵入量，保证乘员的生 存空间，降低由挤压造成的伤害；三是要控制二次 碰撞中直接引起乘员伤害的接触过程，根据乘员不 同部位的承受能力的不同和车身零件的侵入速度的 不同，来控制接触刚度。522提高侧面碰撞安全性能一一车身整体结构安全性能上述分析可知，提高整车结构安全性能，加强车身横向结构刚度，可以控制能量转移， 使更多的能量转换为被撞击车辆的系统动能，并且减少侧围的侵入量，保证乘员的生存空间,降低由挤压造成的伤害。提高整车结构安全性能总结有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

10、更改现有车身结构时， 通常最有效的方法是增加适当的简单加强部件，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成本，有利于生产准备和优化比较，并且不影响现有生产组织的进行。但究其根本原因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安全性能。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，减少车门的侵入量。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。门内饰的设计在满足功能要求前提下，减少不必要的加强筋，从而减少二次碰撞对乘员的伤害。B柱的设计应最大化 B柱位于窗

11、框下方部分的抗弯曲能力。避免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，车身采用“3H ”形结构方案在欧美最为流行。如图 XX所示，“ 3H”是指

12、在车身的底部、侧面和顶部的骨架都呈现“H”形，并组成立体框架的设计，这一车身结构为 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，提高车身横向承载能力，减 少车体的变形量，从而改善整车的碰撞性能。图XX “3H”形结构方案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。适当布置中央通道支撑件，以传 递座椅管柱的载荷。适当地对座椅管柱周围的车身侧 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。在提高车身整体安全性能方面，日系车比较注重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达到提高整车碰撞安全性能。与大多数汽车制造商所遵循的

13、“碰撞能量分散与吸收”原理一样，马自达应用的MAIDAS 方案（Mazda Adva need Imp actDistribution and Absorptio n System 马自达先进碰撞能量分散与吸收方案），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吸收。当车身结构在碰撞时吸收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重的变形，保证乘员的生存空间。2. 提高材料性能;要达到“吸能&分散”的原则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用强 度更高的高强度钢板来起到抑制变形和传递能量的作用。高强度

14、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。在改变车身结构比较困难的情况下，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，对抗击侧碰撞非常重要。通过提高材料性能使车体变形侵入量减少，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一定的制约。在提高车身整体安全性能方面，欧美车比较注重提高材料性能，以增加车身的刚度和强1 T =度。例如，BMW

15、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 定的车门和特别坚固的 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，极其坚固的车门锁和铰链、 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。图XX侧面碰撞传力途径示意图BMW的车架具有出色强度，其本身 是由高强度钢制成的，再加上经过专门强 化的车身底板，这构成了乘员舱的坚固基 础。坚固的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非常坚固的 安全笼，在发生事故的情况下确保乘员的 生还空间。高强

16、度材料和创新的轻型材料 如铝的应用则提高了车辆应对撞击的能力，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改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，利用发泡材料作连接剂， 在现有工艺工 装条件下，利用发泡材料的性能， 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单，现有工艺 工装无须改动，但由于国内应用较少， 对其连接可靠 性没有把握。5.2.3侧

17、面碰撞时保护乘员安全乘员约束系统乘员约束系统旨在避免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伤害降低到最小。侧面碰撞时，能有效减少乘员伤害的 主要部件有：安全气囊和安全气帘、吸能式内饰等。1.侧面安全气囊和安全气帘统计发现侧面碰撞对车内乘员的身体和头部的伤害程度比正面碰撞还要严重，在侧面碰图XX车门及B柱之间的安全气囊撞死亡事故中头部伤害占 59.27%，胸部伤害占21.98%，而其他部位伤害占18.75%。车辆在 发生侧面碰撞时，侧面安全气囊将乘客身体移 出危险区域，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

18、中，在乘员和车门及B柱之间的实际间隙必须迅速加以闭合，如图XX所示。为了保护乘员的侧面部位，侧面安全气 囊必须以极快的速度在乘员和车门之间在很小 间隙间展开。在头部/胸部安全气囊展开场合，头部在20ms之内达到全部展开。从座椅展开的侧面安 全气囊通常安装在座椅骨架上，这些安全气囊系统包括：保护胸部的胸部安全气囊保护头部和胸部的头部/胸部安全气囊80%90%。可以说气保护胸部和骨盆的胸部/骨盆安全气囊 随着越来越多的安全气囊系统增加到量产车中，头部伤害将减少 囊系统的广泛应用有效地减轻了乘员的碰撞伤害程度。2.侧面吸能式内饰安全带、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可忽视。车辆内饰件就不能仅仅满足装饰作用，还要满足在一定工况下保护乘员的作用。通过对侧面碰撞乘员伤害机理的分析，在造成乘员直接伤害的二次碰撞中，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达到最优匹配。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