（车辆工程专业论文）乘用车两车侧面碰撞的兼容性研究.pdf

博士学位论文 摘要 世界卫生组织、哈佛大学公共卫生学院和世界银行联合研究得出：到2 0 2 0 年， 道路交通事故将成为导致人类死亡的第三大原因，每年致死人数将超过1 4 0 万。 其中，侧面碰撞事故占事故总数的3 0 左右，仅次子正面碰撞；而在造成乘员死 亡和重伤的两车侧面碰撞事故中，被撞击车辆驾驶员的死亡机率是撞击车辆驾驶 员死亡机率的几倍甚至几十倍以上。居高不下的伤亡机率威胁着人们的生命安全， 因此，要想使事故中车辆所有乘员的损伤风险降至最低，对汽车侧面碰撞安全性、 兼容性的研究就显得尤为重要。本文在大量参考文献研究和美国联邦法规 f m v s s 2 1 4 分析基础上，使用归纳分析方法、数值分析方法、统计分析方法和有 限元分析方法，分别对乘用车两车侧面碰撞的集中参数理论模型、参数反求法、 乘员损伤情况及车辆受损情况和车辆侧面结构变形侵入量影响因素进行了研究。 1 、侧面碰撞兼容性损伤流行病学研究。基于n a s s c d s 数据库，采用s a e 标准j 2 2 4 受损车辆分类方法，研究了乘用车所有乘员损伤等级为3 以上( 撞击车 辆和被撞击车辆) 在速度变化值v 上的分布情况和所有乘员损伤等级为3 以上身 体5 大部位( 头部面部颈部、胸部、骨盆、上肢和下肢) 在速度变化值v 上的 分布情况；同时研究了被撞击车辆所有乘员损伤等级为3 以上和其身体5 大部位 在横向受损区间、纵向受损区间和垂直方向受损区间上的分布情况。结果表明， 在轻型卡车( l t v ) 和轿车( c a r ) 的侧面碰撞真实事故中，造成撞击车辆乘员 损伤等级3 以上且损伤机率5 0 以上的速度变化值为3 4l 【n 讹，造成被撞击车辆乘 员损伤等级3 以上且损伤机率5 0 以上的速度变化值为2 8 5k 1 】 地。针对不同的分 析结果，提出被撞击车辆在横向受损变形方向、纵向受损变形方向和垂直受损变 形方向需要采取的保护乘员安全的措施。 2 、侧面碰撞兼容性集中参数理论模型研究和参数反求法研究。本文对汽车侧 面碰撞安全性发展过程当中使用的集中参数理论模型进行了归纳总结，对其中典 型的几种参数模型进行了较完整的描述。为了求解集中参数理论模型中的非线性 弹簧和阻尼刚度，提出了一种数值分析方法：参数反求法。该方法采用分段参数 修匀最小二乘法对侧面碰撞测试数据进行拟合，结合非线性动力学系统模型，反 求出汽车侧面碰撞过程中汽车吸能部件和假人结构部件的动态特性。比较分析试 验法和有限元分析法的结果发现，非线性参数反求法的结果更准确地描述出了侧 面碰撞条件下汽车部件和假人的非线性响应。 3 、侧面碰撞兼容性定性研究。本文利用动量守恒定律、牛顿定律和力矩理论， 并结合简单集中参数理论模型和假人车门自由体理论模型，对两车侧面碰撞兼容 乘用车两车侧面碰撞的兼容性研究 性问题的三个重要影响因素两车质量比、汽车前端刚度和前端几何特征进行 了系统的研究和总结。研究结果揭示了两车侧碰兼容性的内在规律，为更好的研 究两车兼容性问题提供了思路。针对汽车前端的刚度和几何特征，分别分析了其 评价参数：变形能量刚度和真实作用力平均高度值t m e a h o f 。对欧洲汽车安 全委员会( e e v c ) 的兼容性和正面碰撞工作小组( w g l 5 ) 开发的渐进型变形壁 障p d b 进行了分析，研究了在p d b 侧面碰撞测试中评价汽车兼容性的参数p n 。 如果p p a d 值越小，表示试验车辆的兼容性越好。 4 、侧面碰撞兼容性仿真研究。在有限元显式理论、二维碰撞力学理论和罚函 数力学理论基础上，按照美国f m v s s 2 1 4 法规建立和验证了一系列车辆有限元模 型( 包括t a u n l s 、e x p l o r e r 、f 2 5 0 和s i l v e r a d o ) 和可变形壁障有限元模型( u s m d b ) ， 并依照美国新车评价侧面碰撞( u s s i n c a p ) 规程进行了一系列仿真分析，研究 了目标车在侧碰仿真中车门槛梁位置( 第1 水平级) 、车门中部位置( 第3 水平级) 和车窗下边框位置( 第4 水平级) 的变形侵入情况。结果表明，在乘用车两车侧 碰中，目标车第3 水平级的变形侵入量最大，第1 水平级的变形侵入量最小。 5 、侧面碰撞变形侵入量影响因素研究。在仿真研究基础上，选取t a u m s 轿车 侧面变形侵入量为研究目标，分析其侧向速度变化值为2 8 2 k n 汕时，乘用车两车 质量比、撞击车接近速度和接触面积、主要吸能结构相对位置等侧面碰撞因素对 侧面变形侵入量的函数关系。结合真实世界事故统计分析数据，分析了变形侵入 量对乘员损伤等级的影响。研究发现：两车质量比是影响目标车中性变形侵入 量( 总体衡量变形侵入程度的参数c ，见5 8 节) 的首要因素，当两车质量比为 1 6 时，中性变形侵入量最小，最小值为4 0 2 姗 1 1 ，乘员损伤a i s 最小值为3 2 3 。 两车主要吸能结构位置发生变化时，被撞目标车的侧面变形侵入量也会发生变 化，随着撞击车保险杠高度的降低，目标车第3 水平级和第4 水平级的变形侵入 量逐渐减小；第1 水平级的变形侵入量值先增大后减小。 关键字：两车侧面碰撞；碰撞兼容性；集中参数模型；变形侵入量；两车质量比 a b s t r a c t t h e d i n g s j o i n t l ys t u d i e d b y w o r l dh e a l t ho r g a n j z a t i o n ，p u b l i ch e a l t hs c h o o l o fh a r v a r du n i 、r e r s i 够a j l db 址o f w o r l ds h o wm a t ：i n2 0 2 0 ，t r 瓶ca c c i d e n t sw l l lb e t h et h i r dm a i nr e a s o nc o n t m u t e dt o d e a t ha n d1 0 s tl a b o ra b i l i 锣o f ：h 眦a n a n dt h e n l m l b e r0 fp e o p l ew i l lb eo v e r1 ，4 0 0 ，0 0 0 e a c hy e a la b o u t3 o a c c i d e n t sl ss l d e i m p a c t 砌c hr 诎e d b e h i n d 盘。砌i m p a c ta c c i d e n t i n t h es i d ei m p a c ta c c l d e n t s w h i c hc a u s eo c c u p a n t st od e a t ha n ds e r i o u si n ju t h ef a t a l i t ) ，r a t i oo f d r i v ef o r8 t m c k v “c l ei ss e v e r a lt i n l e so re v e nt e n st h a n t 1 1 ef a t a l i 毋r a t i oo fd d v e f o rs t r i 虹n gv e l l i c l e t h e0 b ie c t i v eo fa c l l i e v i n gv 赳c l es a f 啦a n dc r a s hc o m p a t i b i l 埘i s t 0m l m m l z em j u r y r i s k sf o ra 1 1o c c u p a n t si 】唧0 1 v e d i nt h es i d ei m p a c tc 0 1 l i s i o n h e n c e ，b a s e d o nt h e r e s e a r c ho f l o t so f r e f e r e n c e sa n df e d e r a lm o t o r v e l l i c l es a f e t ) ，s t a n d a r d ( f m v s s ) 2 1 4 ， u s i n gt h em e t h o d o l o g i e so fi n d u c t i o na 1 1 a l y s i s ，i l ：嗽e i i c a l a n a l y s i s ，s t a t i s t l ca n a l y s l s a n df i n i t ee l e m e n t ，r e s p e c t i v e l y s t u d i e dt h el u m p e dp a r a m e t e rm o d ：e l ，p a r 锄e t e r i n v e r s e s o l v e ，i n j u r y r i s k so fo c c u p a n t sa n dd e f o m a t i o nv e h i c l e ， a n dp a r a m e t e r s i n n u e n c e dc m s hi n t m s i o no fv e m c l e s i d es 仃u 叽】r e - 1 i n v e s t i g a t i o no fi n ju r ye p i d e m i o l o g y o fc r a s hc o m p a t i b i l i 够f o rp a s s e n g e r v e 嫩c l ei nf r o n t t 0 s i d ei m p a c t i n t h i ss t u d y ，n a ss c d sd a t a b a s e w a su s e dt o i n v e s t i g a t et h ed i s t r i b u t i o no fm a i s 3 + i n j u r e do c c u p a i l t sa n d f i v em a i ns e n o u s1 n j u i ) ， b o d yr e g i o n s ( i n c l u d i n gh e a d f a c e n e c k ，c h e s t ，p e l v i s ，u p p e r e x t r e m l t ) ，趾dl o w e r e x t r e m i t y ) o fm a i s 3 + i n j u r e do c c u p a n t sb yt h eo v e r a uc h a i l g e i nv e l o c i t y ( v ) f o r h e s t r 越n gv e h i c l e 距dt h e 咖l c kv e h i c l e a n da l s o m e s t i g a t e dt h ed i s t r l b u t l o n o t m a i s 3 + i n i u r e do c c u p a n t sa n dm a i ns e r i o u s l yi n j u r e db o d yr e g i o n o fm a i s 3 + i n j u r e d o c c u p a n t sb yl o n g i t u d el o c a t i o n ，h o r i z o m a ll o c a t i o n ，a i l dv e r t i c a l 1 0 c a t i o no fd a m a g e f o rt h es t m c kv e h i c l ea c c o r d i n g t ot h es a es t a n d a r dj 2 2 4 t h er e s u l t si n d i c a t e dt h a t ： i nl t v - t o c a rs i d ei m p a c tc 0 1 l i s i o n si nr e a lw o r l d ，t h eo v e r a l lc h a n g e i nv e l o c 埘( v ) c o n t r i b u t e dt om a i s 3 + i n j u r i e dp a s s e n g e r s a n d5 0 i n j u d rr i s k si s 3 4 k 1 州ha n d 2 8 5 舢r e s p e c t i v e l yf o rs t r i k i n gv e h i c l e 趾ds 觚c kv e h i c l e f i n a l l y t h ep r o t e c t l o n s t r a t e g i e st oi m p r o v es a f e t yo fo c c u p a n t sf o rt h es t r u c kv e h i c l ew e r e d i s c u s s e dt r o m d i 船r e n t a n 西e s 2 r e s e a r c ho nt h el 啪p e dp a r 锄e t e rm o d e la n dp 戤锄e t e r i n v e r s e s o l v em e t n o d f o rc r a s hc o m p a t i b i l i t ) ，i n 行o n t t o s i d ei m p a c t t h e1 u m p e dp a r a m e t e rm o d e l s w 上l l c n u s e db vr e s e a r c h e r si nt h ep a s tt w ，0 d e c a d e sw e r ec o n c l u d e d ，a n ds e v e r a lt y p l c a l t t t 乘用车两车侧面碰撞的兼容性研究 p a r a m e t e rm o d e l s 、耽r ed e s c r i b e dm o r ed e t a i l s i no r d e rt os o l v et h en 0 i l l i n e a rr i g i d i 够 o fs p r i n ga n dd a n l p i n go fp a r a m e t e rm o d e l ， o n em a t h e n l a t i cm 劬o d 0 1 0 9 yv i 碉晤 d e v e l o p e d ，w h i c hw a se n t i t l e dp a r 锄e t e ri n v e r s e s o l v em e t h o d t h em e t h o di s t h a t u s i n gp i e c e w i s ep a r 锄e t e ra p p r o x i m a t i o nt of i tt h et e s td a t ao fs i d ei m p a c tc o n d u c t e d b yr e g u l a t i o n s ， a n d c o m b i i l i n gw i t l l n o i l l i n e a rd y n 撇i cs y s t e m e q u a t i o n s ， t 0 i i e r s e s o l v et h ed ) ，n a m i cc h a r a c t e r i s t i c so fa b s o r b e de n e r g yc o m p o n e n t so fp 淞s e n g e r v e h i c l ea n dt h es t m c t u r eo ft e s td m n m yi ns i d ei m p a c t c o m p a r a t i v e l ya n a l y z e d 也e r e s u l t so ft e s tm e t h o da n df i i l i t ce l e m e n tm e t h o d ，t h er e s u l t sw a sg i v e na c t u a l l yb y n o l l l i n e a rp a r 锄e t e ri n v e r s e - s 0 1 v em e t h o d ， c o u l d g a i nt h e n o n l i n e a rr e s p o n d so f v e l l i c l ep a r t sa n dd u d l n l yi ns i d ei m p a c t 3 q u a l i t a t i v ea n a l y s i sf o rc r a s hc o m p a t i b i l i t ) ，i np a s s e n g e rv e l l i c l e 丘o n t t o s i d e i m p a c t b a s e do nt h ec o n v e r s a t i o no fm o m e n t u ml a w n e 吼o n sl a wa n dm o m e n t r h e o r y ；c o m b i n i n g 晰t has i m p l i f i e dl u m p e dp a r a m e t e rm o d e l ，a n dd o o ra n ds i d d u m m y 靠e e - b o d ym o d e l ，t h ei n n u e n c eo ft l l r e ep r i m a r yf a c t o r s ：m a s sr a t i o ，丘o n t - e n d s t i 丘n e s sa i l d g e o m e t r yr e s u l t i n g i nv e h i c l ei n c o m p a t i b i l i t yw e r e a n a l y z e d a n d s u m n 】a r i z e dw i t h 恤e e 嬲s e s s m e n ta l g o r i t h m s ：c m s h - 、d r ks t i f h e s s ( k w ) ，t 1 1 l e a v e r a g eh e i g h to ff o r c e ( a h o f ) ，砒1 dp a r t n e rp r o t e c t i o na s s e s s m e n to fd e f o m a t i o n ( p p a d ) t h er e s e a r c hc o n c l u s i o n se x p l o r e dt h ed e p t hd i s c i p l i n eo fc r a s hc o m p a t i b i l i t y i n 行o n t t o s i d ei m p a c t ，a n di m p l i e dt h es t u d yl e a d sf o rc o m p a t i b i l i 够i n 矗o n t - t o - s i d e i m p a c t m e a n w h i l e ，d e s c r i b e dt h ef i n i t ee l e m e n t ( f e ) m o d e lo ft h ep r o g r e s s i v e d e f o m a b l eb a r r i e r ( p d b )d e v e l o p e db ye u r o p e a n e i 山2 u l c e d v e h i c l e s a f e t y c o 姗i t t e e ( e e v c ) a 1 1 df r o n t a lh n p a c tw b r k i n gg r o u p ( w g l5 ) w h i l et h ev a l u eo f p p a di sl e s s ，t h ec r a s hc o m p a t i b i l i t yo fm et e s tv e h i c l ei sb e t t e r 4 s i m u l a t i o ns t u d yf o rc r a s hc o m p a t i b i l i t yi np 船s e n g e rv e h i c l e 行o n t t o - s i d e i m p a c t b a s e do ne x p l i c i to ff i n i t ee 1 e m e mm e t h o d ，t w od i m e n s i o nc r a s ht h e o 巧 a n dp e n a l t yf u n c t i o nm e t h o d ，as e r i e so ff em o d e l so fp a s s e n g e rv e h i c l e ( i n c l u d i n g t a _ u n l s ，e x p l o r e r ，f 2 5 0a n ds i l v e r a d o ) a n du s m o b i l ed e r f o m a t i o nb a r r i e rw e r eb u i l t 觚dv a l i d a t e da c c o r d i n gt ot h em l ef m v s s2 1 4 a n ds i m u l a t ea n a l y z e df o l l o w e du s n e wc a ra s s e s s m e n tp r o g r a ms i d ei m p a c t ( u s - s i n c a p ) f a n a l l yt 1 1 ec r u s hi n t r u s i o n o ft h ep o s i t i o no fr a i l ( 1 e v e l1 ) ，m i d d l ed o o r ( 1 e v e l3 ) a n dw i n d o w1 0 w e rp a r t ( 1 e v e l4 ) f o rt a r g e tv e h i c l ew a ss t u d i e d t h er e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h ec m s hi n t r u s i o no fl e v e l3 r a 玎1 1 ( e df i r s tp o s i t i o n ，a i l dt h ec m s hi n t r u s i o no f1 e v e l1r a i l k e dl a s t e s tp o s i t i o nf o r p a s s e n g e rv e l l i c l ei i lf r o n t - t 0 一s i d ei m p a c t 5 s t u d yo ni n n u e n c ef a c t o r sf o rc m s hi n t m s i o ni np a s s e n g e rv e l l i c l ef r o n t t o s i d e i m p a c t b a s e do nt h es i m u l a t er e s u h s ，m a l 【i n gt h es i d ec m s hi n t m s i o no ft h et a u m s a s i v 博士学位论文 t h eo b j e c t i v eo fr e s e a r c h ，t h er e l a t i o n s h j pa m o n gv a r i a b l e sw 嬲s t u d i e dw h e nt h ed e l t a v e l o c i 锣o fi t ss i d ew 嬲2 8 2 k m h r e s e a r c hv a r i a b l e si n c l u d e dt h et w o v e l l i c l ew e i g h t r a t i o ，p r i m a 巧e n e r g ya b s o r b i n gs t m c t u r er e l a t i v ep o s i t i o n ，a i l da p p r o a c hv e l o c i t ya n d c o n t a c ta r e ao fs t r i k i n gv e m c l e w i t ht h ed a t ao fs t a t i s t i c 趿a l y s i sa c c i d e n t so fr e a l w o r l d ，a n a l y z e dt h ei n n u e n c eo fc r u s hi n t m s i o no nt h ep a l s s e n g e ra b b r e v i a t ei n j 哆 s c 酊e ( a i s ) v a l u e t h er e s e 2 l r c hf i n d i n g sw e r et h a t ：t h em a i nr e 嬲o nc o n c r i b u t e dt o c m s hi n t n 】s i o no fs t m c kv e l l i c l ew 硒t h et 、) 旧v e k c l ew e i g h tr a t i o ，w h e nt h ev a l u ew a s e q u dt o1 6 ，t h ec m s hi n t n l s i o ni st h e1 e a s ta n dt h ev a l u ei s4 0 2 m m ，a i sv a l u ei s3 2 3 w h e nt h er e l a t i v ep o s i t i o no fp r i m a r ya b s o r b i n gs t n l c t l l r ef o rs t r i k i n gv e l l i c l ea n d s t m c kv e l l i c l ew a sc h a n g e d ，t h ec r u s hi n t m s i o no fs t m c kv e h i c l ea l s ow o u l db e c h a l l g e d w i t l lt h e 行o n t e n dh e i g h to fs t r i k i n gv e h i c l eb e c a m ed o w nl o w e r ，t h ec m s h i n t m s i o no fl e v e l3a n dl e v e4f o rs t r u c kv e l l i c l ew o u l dr e d u c eg r a d u a l l y ，m e 删l e t h ec m s hi n t m s i o no fl e v e l lw o u l di n c r e a s ef i r s t l ya n dt h e nd e c r e a s e k e yw o r d s ：疗o n t t o - s i d ei m p a c t ；c r a s hc o 瑚【p a t i b i l i 够；l u n l p e dp a r 锄e t e rm o d e l ；c m s h i n t m s i o n ；t w ov e l l i c l ew e i g h tr a t i o v 博：l 学位论文 1 1研究意义 第1 章两车侧面碰撞概述 当今汽车行业三大主题：安全、节能与环保。乘员保护和汽车安全越来越成 为时下人们重点关注的课题。因此，交通事故中如何进行乘员保护和降低乘员损 伤成为乘用车设计时应考虑的两个基本因素1 。 哈佛大学研究表明【2 】：到2 0 2 0 年，交通事故将是造成人类死亡和失去劳动能 力的第三个主要原因，排在瘟疫和自然灾害之后。根据2 0 0 4 年美国致命事故报告 系统( f a r s 数据库) 报告，侧面碰撞造成的社会损失每年已经超过3 0 亿美元【3 j 。 根据f a r s 数据库统计，6 0 的机动车交通事故是由最常见的前面碰撞造成的， 2 2 的机动车交通事故是由侧面碰撞事故造成的。由此可知，侧面碰撞事故已经 是交通事故造成死亡和损伤的第二大原因，仅次于前面碰撞事故。 国际协调研究机构( i h r a ) 对国际领域所有碰撞数据库统计表明，大概有1 3 的乘员死亡和各种损伤是由侧面碰撞造成的h3 ，致命事故分布如图1 1 所示哺1 。 图1 1 致命事故分布图 圈乐繇夏t 率 一蕾一乍例疆死i ：串 口4 二一盼例磷死亡事 口河碰夕 ! ：率 一零伤乍死凄 曩翻滚琵i 。：睾 值得注意的是，汽车侧面碰撞事故的危害还不止如此。下表1 1 显示了2 0 0 4 年 美国不同汽车事故乘员致伤或致死的人数【3 】。在该表中，虽然侧面碰撞事故仅占 所有交通事故的2 2 ，但是，2 9 的致命公路汽车交通事故是由侧面碰撞事故造成 的，同时还使2 4 的乘员丧失劳动能力。通过比较发现，侧面碰撞事故比前面碰 撞事故造成的损伤更严重，其中，各自的致残致命损伤分别为6 5 5 和5 1 。 同时，汽车侧面是车体中强度较薄弱的部位。尤其是轿车，因其侧面是车门， 强度更为薄弱。统计发现：乘员与车门外板之间仅有2 0 3 0 c m 的空间1 6 j ，而碰撞 造成车门等物侵入却达到1 5 4 6 c m 【7 】。据相关数据显示，2 0 0 3 年我国一共发生 交通事故6 6 7 5 0 7 起，总伤亡人数5 9 8 5 4 6 人次，其中侧面碰撞事故占3 2 ，造成的 人员伤亡占伤亡总数的3 1 1 。 因此，汽车侧面碰撞安全性的研究越来越受到各个国家、各个科研院所、各 乘用车两车侧面碰撞的兼容性研究 1 2 道路交通安全划分与被动安全性研究内容及措施 汽车交通是由人、汽车和环境构成的一个复杂的人机系统。道路交通的安全 性涉及人( 驾驶员和行人) 和汽车两大因素，其中人是最主要的因素，因此把人 作为被动安全性研究的出发点，充分考虑人与汽车、人与环境的相互作用，对减 少交通事故，减轻人受到的伤害有重要意义。提高道路的交通安全性，我们首先 考虑的是车辆的主动安全性，即采取各种措施预防事故的发生，其次才是车辆的 被动安全性，即努力减轻事故产生的伤亡和损失。 从事故发生的时间历程来分析，通常可以把一个汽车交通事故分为4 个阶段： 正常驾驶、事故发生之前、事故发生时、事故发生之后。事故前的安全性是指事 故将要发生时操纵制动或转向系避免事故发生的能力，以及汽车正常行驶时保证 其动力性、操纵性、驾驶舒适性、信息性等预防事故发生的性能，一般称之为主 动安全性，其主要考察正常驾驶和事故发生之前两个阶段。事故后的汽车安全性 是事故发生时保护乘员或步行者，使直接损失降到最小的性能，另外，作为防止 事故后出现二次伤害的安全性，还应考虑防止事故车辆火灾以及迅速疏散乘客的 性能，一般称为为被动安全性，其主要考察事故发生时和事故发生之后两个阶段。 如果将主动安全性中的事故预测技术和被动安全性中的缓冲吸能技术紧密结合并 赋予新的内涵，使其达到1 + 1 2 效果的安全性，一般称之为主被动结合安全性， 2 博士学位论文 其主要考察事故发生之前和事故发生时两个阶段。道路交通安全性划分见图1 2 所 示。 主动安全性被动安全性 i i i l 正常驾驶卜叫事故发生之前卜_ 叫事故发生时卜- 叫事故发生之后 i 主被动结合安全性 图1 2 道路交通安全性划分示意图 目前，汽车上普遍采用的被动安全措施主要包括采用安全带、安全气囊等乘 员约束系统来保护乘员，采用安全车身结构来减少碰撞过程中乘员承受的碰撞能 量p 。1 叭。安全车身结构的关键技术之一为结构缓冲与吸能，一般是靠车体结构变 形或者车体碰撞时带动其它液压、气压或机械装置来吸收碰撞能量。例如，汽车 上普遍采用不同截面形状的薄壁吸能管产生折叠式塑性变形来消耗大量的碰撞能 量，达到缓冲吸能的目的【9 1 1 l 。其它措施包括将碰撞能量转换为弹簧势能，在汽车 纵梁与保险杠之间安装液压、气压装置等，或利用碰撞能量将发动机连接件松脱 以分解部分碰撞能量等【1 2 1 。由于这些方法都是将吸能结构固定在汽车内部，其布 置要受到汽车结构尺寸的限制，缓冲吸能的空间被限制在一定的范围内，难以很 好地控制碰撞过程中( 特别是高速时) 的吸能。汽车被动安全性研究内容见图1 3 所示。 道路交通安全性 主动安全性被动安全性主被动结合安全性 碰撞安全性碰撞后安全性 第一次碰撞第二次碰撞第三次碰撞 l i 单车碰撞 两车碰撞多车碰撞约束系统人体研究生物力学 自身防护对方防护碰撞兼容性 l i 耐撞性il 攻击性li 耐撞性li 攻击性l 图1 3 被动安全性研究内容 乘用车两车侧面碰撞的兼容性研究 随着汽车碰撞安全技术研究工作的深入，国内外的汽车安全技术正在朝着主 被动结合安全性和两车碰撞兼容性方向发展。以避免事故发生为目的的主动安全 性研究已取得较大的进步，不过由于事故发生原因的复杂性，尤其是大多数事故 发生的突发性，例如车辆突然变道，车辆、行人突然横穿公路等，使得目前的主 动安全技术难以大幅度降低交通事故的发生。对交通事故原因的统计分析表明， 以预防事故发生为目的的主动安全技术只能避免约5 的事故。因此，目前在汽车 的碰撞安全中普遍采用的仍然是被动安全措施，并以此为基础进行主被动结合安 全性研究和两车碰撞兼容性研究，以达到尽可能降低乘员损伤风险的目的。 1 3国内外研究现状 1 3 1 侧面碰撞 欧美汽车工业发达国家对汽车正面和侧面碰撞事故中的安全性设计研究已有 五十多年的历史，可以说，汽车安全性的设计与研究一直以来都是国外汽车工业 界研究的重点。1 9 8 4 年美国俄亥俄汽车研究和测试中心进行了世晁上首次侧面碰 撞试验【1 3 】，1 9 8 9 年德国首次发布了e e v c 侧面碰撞试验【1 4 】。随着当今两大侧面碰 撞法规f m v s s 2 1 4 和e c e r 9 5 的不断完善和最终强制执行，世界各国政府部门以及 广大汽车消费者对汽车的安全性又提出了新的高要求，这就迫使汽车企业和相关 科研机构不得不对此开展更加深入和全面的研究。例如，近年来欧洲和美国在实 行新车评估( n e wc a ra s s e s s m e n tp r o g r 锄) 过程中将侧面碰撞列入了试验计划， 从而大大提高了汽车安全性设计的难度，对车辆的抗撞性、吸能特性以及乘员约 束系统提出了更高的要求。在这一新的形势下，国外汽车工业发达国家如美国、 日本、欧洲等在汽车侧面碰撞的研究方面投入了大量的人力和物力。荷兰国家科 学研究院汽车研究所( t n o ) 建立了系统而完整的汽车侧面碰撞试验设施，开展 了深入细致的侧撞研究。欧洲和美国还各自分别开发了侧撞试验假人和联合开发 了世界统一w o r l d s i d 假人，以用于欧美侧撞法规试验。欧、美、日等国关于汽车 侧面碰撞的研究已全面系统地展开，研究的核心内容主要集中在如何提高汽车侧 面碰撞安全性和实车侧面碰撞事故数据统计分析两大方面。真实世界碰撞事故调 查分析则可以得到碰撞过程中各个因素如乘员位置【l5 1 、约束系统【l6 】和变形侵入量 u7 j 对乘员损伤等级的影响，从而为提高汽车安全性设计提供依据。 到目前为止，国外从事侧面碰撞试验的研究组织和高校主要有美国高速公路 安全保障协会( i i h s ) ，欧洲新车评价程序组织( e u r on c a p ) ，美国新车评价 程序组织( l i n c a p ) ，荷兰国际应用科学研究组织( t n o ) ，英国的米拉试验室 ( m i r a ) ，法国汽车、摩托车、自行车联合会( u t a c ) ，澳洲新车评价程序 ( a n c a p ) ，日本汽车研究所( j a ) ，日本国家汽车安全及受害者援助组织 4 博士学位论文 ( o s a ) ，美国密西根大学交通研究所( m u t 对) ，美国乔治华盛顿大学国家碰 撞分析中心( n c a c ) ，美国弗吉尼亚大学，美国韦恩州立大学，澳大利亚莫纳什 大学事故研究中心，瑞典查尔摩斯大学，加拿大大不列颠哥伦比亚大学等。从事 汽车侧面碰撞法规研究及制定的机构有：美国公路交通安全管理局( n h t s a ) ， 联合国欧洲经济委员会( e c e ) ，欧洲共同体实验车辆委员会( e e v c ) ，日本运 输省，以及国际标准化组织( i s o ) 等。还有一些从事汽车侧面碰撞试验装置研制 开发的厂家，如侧面碰撞假人生产厂家有：美国的f t s s 公司，荷兰的t n o 公司； 生产侧面碰撞可变形移动壁障吸能块的厂家有：美国的p l a s c o r e 公司，日本的 y o k o h a m a 公司、昭和飞机制造公司，英国的c e l l b o n d 公司，法国的a f l 公 司，德国的f r j t z m e i e r 公司；生产侧面碰撞滑车装置、加速装置、减速装置的 厂家有：美国的h y g e 公司和v i a 公司等。， ， 相对于欧、美、。日等国外汽车工业发达国家来说，我国关于汽车碰撞安全的 研究起步较晚，到八十年代末才开始开展这方面的研究工作，直到2 0 0 4 年我国奇 瑞汽车制造公司才首次进行了汽车侧面碰撞试验研究【l 引。自九十年代以来，国内 高校如清华大学、湖南大学以及相关研究院所等都建立了汽车碰撞试验设施，开 展了较为深入的碰撞试验、仿真研究工作。我国政府于1 9 9 9 年1 0 月2 8 日由国家机 械工业局发布了c m v d i 毪9 4 关于正面碰撞乘员保护的设计规则强制性汽车检 测法规，这一举措大大促进了我国汽车前面碰撞安全性的研究，而关于侧面碰撞 的研究较少，这可以从近年来所有公开发表的文献看出。2 0 0 6 年7 月1 日，我国正 式颁布汽车侧面碰撞的乘员保护( g b2 0 0 7 1 2 0 0 6 ) 法规，对于新定型的车型 自法规颁布之日起开始实施，对于在生产的车型自法规颁布之日起3 6 个月内开始 实施，从而促使汽车企业不得不开展侧面碰撞安全设计研究。 在侧碰法规g b2 0 0 7 1 2 0 0 6 征求意见稿公布之后，我国高校深入开展了汽车侧 面碰撞安全性的研究。研究内容主要集中在以下四个方面： 1 、开展基于试验和计算机仿真的儿童乘员侧面碰撞安全性研究 以试验和有限元仿真为主要研究手段，对儿童乘员在不同类型c r s 约束下的 侧面碰撞过程中的乘员动态响应和伤害值进行分析和研究。具体为应用h y b r i di i i 3 岁儿童假人有限元模型和3 岁儿童人体有限元模型建立了三种类型的c r s 约束下 的侧面碰撞台车试验的有限元仿真模型，对乘员动态响应及伤害值进行对比分析 9 1 。该研究为我国儿童乘员安全研究工作的开展和儿童乘员安全法规的建立和实 施提供了参考。 2 、开展轿车侧面碰撞安全性和乘员损伤保护研究 利用d 、a m a d y m o 耦合计算方法将一个l s d y n a 格式的整车结构模型 和一个m a d y m o 格式的乘员约束系统模型合并在一个系统里进行计算机仿真研 究【2 。利用l s d 、a 软件建立带假人的整车侧面碰撞仿真模型，研究侧面碰撞工 5 乘用车两车侧面碰撞的兼容性研究 况的特点和人的伤害机理【2 1 1 。应用m a d y m op s m 子结构方法建立侧面碰撞的乘 员假人损伤分析模型【2 2 1 ，对侧面碰撞中乘员头部、肋骨、腹部、骨盆等部位的伤 害参数进行分析，探讨乘员相对应的防护措施，包括：在驾驶员侧前车门中增加 防撞杆及改变防撞杆的配置和使用胸部侧面安全气囊1 2 3 】；提高b 柱、车门刚性及 对地板结构进行合理设计【2 4 】；采用实验设计和响应表面的方法对侧面安全气囊的 设计参数进行仿真优化设计2 5 】；采用l 型的头胸部安全气囊【2 6 】等。 3 、开展汽车侧面结构安全性设计研究 采用p a m c r a s h 软件、v p g 软件【2 7 】或者l s d y n a 软件建立汽车侧面碰撞仿 真模型，研究加强筋对车门保护装置的有效性【2 s l ；研究防撞杆的布置方式和b 柱 内部部件采用高强度钢对提高汽车侧围结构抗撞性的影响【2 明；研究乘员舱结构变 形，防撞杆的吸能、应力分布，关键点加速度等方面对侧面抗撞性能的影响【3 o 】； 对比研究燃料电池轿车和原内燃机轿车侧面结构参数对安全性的影响【3 l j ；开展车 门结构性能研究【3 2 】，分析了车门各部件的吸能、车门的变形、碰撞力、圆柱碰撞 减速度、车门质心加速度等有关抗撞性能因素在碰撞过程中的变化情况1 3 3 。 4 、开展汽车侧面碰撞计算机仿真基础性研究 从计算精度和计算效率两方面综合考虑，分析单元尺寸、类型以及积分点， 沙漏控制方法以及焊点失