汽车正面碰撞安全性评价指标的研究.docx

汽车正面碰撞安全性评价指标的研究刘超凡海马轿车有限公司450016【摘要】汽车碰撞安全性一般是通过法规试验来评价的，对固定壁障正面碰撞中的评价指标有头部性能指标(HPC)、胸部性能指标（ThPC）、大腿性能指标（FPC），这些指标能评价乘用车的碰撞安全性，但其 结果不够直观，无法直接应用在产品设计的开发阶段。通常理论分析中用加速度均值、加速度均方根、加 速度峰值这三个指标来评价车身安全性设计的水平。本文通过实例来验证这三个指标对车身碰撞安全性的 影响。【关键词】正面碰撞；评价指标随着国民经济的增长，汽车产业获得了很大的发展，但也带来了交通事故的增加，汽车安全问题已引起人们的极大关注，为了提高汽车碰撞时的安全性，我国 2003 年 11 月发布了GB 11551（2003）乘用车正面碰撞的乘员保护，2004 年 6 月开始执行，法规中关于乘用 车正面碰撞的评价指标有三个：头部性能指标(HPC)、胸部性能指标（ThPC）、大腿性能指标（FPC）。但这些指标不满足法规要求时不能说明是产品安全性设计有哪些问题、该如何改进； 这些指标都合格时也不能说明产品安全性设计是否都合理、如何进一步提高。因此，在产品 设计中需要其它量化指标来评价乘用车正面碰撞安全性。1影响车身固定壁障正面碰撞性能的因素在正面碰撞试验中，汽车是以初速度 v0 与固定壁障发生碰撞的，根据大量的汽车碰撞试验数据分析可知，当汽车碰撞速度较高（30km/h 以上）时，其碰撞恢复系统几乎为零， 即碰撞后的汽车速度几乎为零，也就是说在汽车碰撞的瞬间汽车碰撞动能几乎在瞬间转变为 其它能量形式。考虑到汽车碰撞时间极短，路面摩擦力及汽车与固定障壁间的摩擦力与汽车 碰撞力相比要小很多，摩擦力所消耗的汽车动能很小，因此可认为汽车碰撞前的总能量 E 几乎全部被车身的变形所吸收，因此有12sT200E =mv =F ds = ma(t)v(t)dt(1)0式中m汽车质量v0 汽车碰撞前的速度F汽车碰撞过程中所受的载荷s在 F 力作用下车身的变形,可近似看作为车身质心相对于固定障壁的位移 S车身质心的最大位移T从开始接触到碰撞结束碰撞时间 a(t)车身的减速度 v(t)碰撞过程中车身质心的速度由式(1)可知,汽车碰撞能量与汽车质心的加速度、速度有关，而质心的速度变化与加速 度有关。因此，汽车碰撞能量 E 与汽车质心加速度 a(t)密切相关，与汽车的碰撞时间 T 密 切相关。2车身正面碰撞评价指标根据以上分析可知，汽车车身正面碰撞的安全性与汽车碰撞中质心加速度密切相关，可以用汽车碰撞中质心加速度的相关指标来评价汽车车身的碰撞特性。因此提出评价汽车车身碰撞特性的指标如下：2.1汽车车身在碰撞过程中的平均加速度汽车车身在碰撞过程中的平均加速度1T0a =a(t)dt T（2）加速度与碰撞受力有关,平均加速度 a 反映了在汽车碰撞过程中平均碰撞力的大小。由式(2)可知,平均加速度 a 与汽车碰撞时间 T 有关,碰撞时间 T 越长,平均加速度 a 越低,车身平均碰撞受力就越小,碰撞安全性越好。2.2汽车车身在碰撞过程中的加速度均方根汽车车身在碰撞过程中的加速度均方1TT20o a =(a - a) dt(3)式(3)表征了汽车碰撞过程中车身加速度 a 与平均加速度 a 的偏差程度,明车身加速度 a 变化幅度越大,碰撞安全性越差。2.3汽车车身在碰撞过程中的最大加速度汽车车身在碰撞过程中的最大加速度 amax 是表征汽车在碰撞时所受的最大碰撞力的一 a 值越大,说个重要指标，最大加速度 amax 越大,汽车所受的最大碰撞力越大,碰撞安全性越差。以上三个指标相辅相成,互为补充,利用这三个分别表示汽车碰撞加速度均值、均方根和 最大值的指标,可以对车身碰撞安全性进行较为全面的评价。3车身碰撞安全性评价示例某微型面包车的车身是由薄板冲压成型后通过点焊和部分二保焊焊接而成，在正面碰撞试验中以 48.2km/h 的速度碰撞固定壁障。其车身（B 柱）加速度时间历程曲线如图 1 所示。图 1车身（B 柱）加速度时间历程曲线根据图 1 分析可知，该车碰撞时间约为 60ms，加速度在 14ms 时刻达到峰值 715m/ s 2 。加速度平均值为 314.1 m/ s 2 ，加速度均方根值为 31.5 m/ s 2 。说明该车最大加速度、加速度均方根值也较大，加速度曲线出现较为明显的波动。这种过高及不平稳的加速度将给乘员 带来剧烈冲击，给人体造成严重伤害，该车的安全性能较差。经分析，存在的主要问题是纵 梁前端刚度偏大、车身吸能区域吸能效果不理想，未能渐进平稳地吸能，从而导致车体加速 度出现过高的峰值及比较明显的波动。对于微型车而言，最为关键的吸能部件为纵梁及其加 强件。纵梁与加强板形成方形封闭梁结构，与刚性墙接触碰撞时将会产生很大的初始碰撞力， 同时，纵梁与加强板的屈曲变形将使加速度曲线产生剧烈波动。为了改进该车碰撞安全性能, 可以通过调整纵梁及其加强件的结构，合理组织车身前端 吸能部件的刚度，使该车前部吸能区域能渐进平稳地吸能。经过在纵梁前段开设诱导槽、加 强板料厚减薄和缩短部分加强板来弱化纵梁总成前部的刚度，使其在碰撞中发生折叠变形， 吸收较多的能量，降低加速度峰值。图 2 为改进前后整车（B 柱）加速度时间历程曲线。8007006005004002-.sm/ 度 速 加3002001000-10000.010.020.030.040.05时间/s0.060.070.08图 2 改进前后整车（B 柱）加速度时间历程曲线根据图 2 分析可知：该车在与固定壁障碰撞过程中两次碰撞曲线完全不同，改进后最大 加速度为 456m/s2，相比于改进前下降了 36%，说明碰撞过程中最大碰撞力大大减少，加速 度均方根值为 13.1 m/s2，相比于改进前下降了 58.4%，加速度平均值为 345.1m/s2 ，加速度 曲线整体变化更为均匀、平缓，改进后该车能够在整个碰撞过程中能较平稳地吸收碰撞能量， 具有较好的缓冲吸能特性。可以看出，在对纵梁及其加强板进行改进后，该车的安全性能得 到很大的提高。4结论采用汽车车身平均加速度 a 、加速度均方根 a 、最大加速度 amax 这三个指标能比较客观的分析出是哪些因素影响了汽车正面碰撞的安全性，通过对影响因素分析并提出相应的整 改