某车型正面碰撞中安全带性能优化应用

1、 某车型正面碰撞中安全带性能优化应用 摘 要：基于整车平台化战略框架下，结合平台内各项目布置，性能，成本和轻量化要求，规划设计 安全性和高轻量化的平台结构，达到框架一致性和最大化零件沿用。同时，还需满足多方面的汽车碰撞安全评估标准。在确保结果可信程度的前提下，文章通过简化设计手段在车型优化上实现快速匹配，快速验证，成功缩短开发周期和相应投入。关键词：正面碰撞；性能优化；安全带性能1 前言随着经济社会的日益进步，汽车销量逐年增加，汽车市场竞争也越来越激烈。人们对汽车碰撞安全性能的关注逐渐增加，为提高市场占有率，各大车企推向市场的新车型越来越多，新车型上市速度也越来越快，通过整车平台化、模块化开发

2、可大大缩短汽车开发周期和成本。基于整车平台化战略框架下，结合平台内各项目布置，性能，成本和轻量化要求，规划设计出高兼容性、拓展性、安全性和高轻量化的平台结构，达到框架一致性和最大化零件沿用，同时满足生产线共线要求。同时，还需满足美国、欧洲等地颁布的汽车碰撞安全评估标准，如美国上世纪 80 年代中后期开始实施的ncap 评价规程（new car assessment programme）和欧洲随后实施的 euro-ncap，这些安全评估标准有效地带动了汽车碰撞安全产业的进步和配置率的提升。促进了安全技术产品在市场上的应用水平。中国的 ncap 已于 2006 年开始实施，目前已更新至第四个版本。

3、这极大地促进了中国汽车碰撞安全技术的发展，在这些政府法规和评价规程中，包含了各种不同形式的碰撞实验，其中有 100%正面刚性壁障碰撞、40%正面偏置可变形壁障碰撞、侧面可变形壁障碰撞和后面碰撞等。多种法规的不断更新和新型式多样技术的应用，不断催生高标准的乘员保护性能。2 安全开发思路本文以某平台车演化二代车型时出现的乘员伤害差问题进行讨论。由能量守恒得出，汽车产品多种多样前部构件分布不均，各部分物理学特性不尽相同，从能量角度出发，可将撞击部分物理参数视为均匀一致，所以汽车前部塑性弹簧系数 k 可以看作常数，即 k=c。由碰撞前后能量守恒有：e 0 =e 1 +e 2 +e 3 +e 4e 1

4、：车体变形吸收能量；e 2 ：约束系统吸收能量；e 3 ：加载于人体能量；e 4 ：其他形式如摩擦做功等；由力与运动关系可知：f=kx，且 f=ma；可知，提高车身前部吸收的能量，可有效减少施加在人体上的能量。研究表明，材料压溃变形吸收的能量比弯曲变形吸收的能量要多，所以，如何做好结构设计成为研究重点。碰撞能量相同时，适当减少汽车前部强度，即减小了塑性弹簧系数 k 值，可减少施加在人体上的加速度。同时，乘员舱需要有足够的强度以确保乘员有足够的生存空间。本文研究对象碰撞条件下假人胸部伤害值。图 1 假人伤害曲线图曲线如图 1。由上图可发现，假人在 65ms 左右受到了猛烈冲击，从而导致伤害风险突

5、然增大。表 1 约束系统对比表车型a10p10前空气囊xx限力与预紧安全带xx侧气囊xx侧气帘xx二排限力安全带xx本文所涉及车型代号p10是在a10的结构基础上所开发而成，通过整车平台化衍生而来。很自然的我们应由 a10 的性能来预测 p10 的 ncap 性能。下表是 p10 与 a10 的重要参数比较。表 2 结构尺寸对比表车型a10p10重量1160kg1340kg发动机尺寸-x向430mm430mm纵梁长度880mm880mm吸能盒长度258mm241mm纵梁离地高度462mm500mm变速器尺寸-x向-480mm503mm从ncap得分上来讲，p10比a10多了一个加分项， esc

6、.比较表格 2 与 3，p10 与 a10 的主要差别是在重量方面；约束系统配备大致相同。 重要吸能装置，吸能盒与纵樑长度，仅相差 1.7cm。发动机尺寸无差异。变速箱有一些差异，但重量的差异是比较大的；p10 比 a10 重约 180kg。重量多了15%，无疑的将是 p10 的最大挑战。考虑下列两种常用的应对方向：a）增加 p10 结构的吸能效率，利用现有的吸能空间来吸收多出来的 15%能量。这是最佳选择，但假如 a10 已完全优化则可改进的空间有限。b）延用 a10 的吸能压溃设计，在有限压溃空间上，适度增加约束系统吸能效率。检验 p10 的 cae 结果，我们将著重于方案 b 的讨论。a

7、10 是一个很好的基准车型， 可以作为对未来项目安全设计的参考。研究被测对象可发现，碰撞试验中前排采用 hybrid型第 50 百分位假人满足力学结构的仿真性、相似性和重用性，保证在碰撞过程中能准确预测身体各部位的损伤程度。 假人胸部结构见图 2，主要由胸部皮肤、六根肋骨、肋骨后支撑等组成。在正面碰撞过程中，假人胸部肋骨受到外力冲击，挤压固定在肋骨前固定板上的球形传导臂；然后进一步将能量传递给胸部压缩传感器，通过传导臂的线性运动可以测量胸部伤害程度。图 2 假人肋骨结构及胸部位移传感器运动方向3结论在整车碰撞能量相差 15%的情况下，本文通过调整约束系统匹配手段，保持系统性能不降低。在车型平台化模块化趋势越加明显的当下，通过相似波形找到可参考车型，不失为简化设计的一种方法，节省开发投入，并可确保结果可信度。参考文献1 管立君,祁洪娟等.某车型正面碰撞车身结构和总布置优化j.2010 中国汽车工程学会年会论文集.689-692.2 杨帅,张亚军等.面向 2012 版