轿车侧面碰撞车身结构安全性和乘员损伤保护研究

付逸群+张顺

摘 要：就经常发生的交通事故现场报告分析，轿车侧面碰撞是造成乘员重伤和死亡的主要交通事故之一。我国近几年才开始针对于这方面的研究，一般来说轿车侧面碰撞包括车对车和车对障碍物两种碰撞形式，车与车的碰撞一直以来备受人们关注而成为研究的重点，车与障碍物之间的侧碰研究却几乎为零。想要提高车辆侧面碰撞的安全性就必须对这两种情况同时进行研究。

关键词：车辆安全性；乘员损伤；防护措施

中图分类号：U461.6 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）24-0161-02

我国规定，不管是直接碰撞还是间接的碰撞，在轿车侧面碰撞试验中，对于其撞击器的选取大多采用移动变形等类型的壁障，而在仿真研究轿车的侧面碰撞中，多采用移动变形壁障来代替撞击的车辆，以便于能够更好地进行研究。

1 轿车侧碰的碰撞性

碰撞力的传递性：

在轿车的实验过程中，重要的构成部件对车辆的整体性、安全性与舒适性等问题有着直接的影响。轿车的车身结构从前往后依次为前柱、中柱、后柱。轿车结构中的这些立柱有一定的支撑作用，也是轿车的门框。轿车侧面受到外力的撞击的时候，惯性会使车门产生向内冲击的力，车门框就会对这种力产生抑制，当然车门框在抵御这种外力时也会受到由车门传递而来的侧向作用力。

在轿车门内配置防撞杆，其作用在于当前门受到侧向撞击力时会将作用力直接传递或转移到铰链柱和中柱。轿车的铰链柱和后柱在外界的侧向力的作用下随之产生一种向车内运动的破坏力，铰链柱上端的前风窗下横梁和仪表板安装横梁的轴向刚度提供了抵抗这种来自于外界的力，而铰链柱下端的刚度是由车身底部横向结构来提供的。在轿车车门受到侧向撞击力的情况下，向车内转移、传递的破坏力将会使中柱受到向车内弯曲弯矩力而变形，弯曲刚度和中柱上、下接头的刚度形成了向车内变形的抵抗。也就是说在受到侧向撞击时，接头就会起着传递作用，通过车顶边梁、车顶横梁和相关的接头结构致使作用在中柱上的一部分力就会向非撞击侧传递。车顶结构提供了中柱上面的接头来抵抗对中柱向车内的运动力，其原理在于车顶边梁的弯曲刚度、车顶横梁的轴向刚度、接头结构相应的刚度、前柱和后柱的弯曲刚度等刚好通过中柱下方的接头，横梁将会接受部分作用在中柱上的应力。作用在门槛梁上的侧向力，受到外部的直接撞击与内部中柱作用的影响，而其门槛梁上的侧向力则是通过地板和地板横梁来进行分散和传递的活动。

2 侧面碰撞导致的车身结构安全性影响

目前我国生产制造的轿车，关于轿车的侧面强度的设计存在一定的问题，例如：汽车的侧面一旦受到外测力，而此时轿车的本身结构来看，非常小的变形空间（20cm～30cm左右）不能吸收撞击能量，同一辆轿车在受到外力时，该轿车的正面的变形吸能空间将会是侧碰的两倍以上，这就表明了乘员在受到不同撞击力时的损伤程度就会截然不同。基于这种情况，研究抵御侧面碰撞主要是改变缓冲吸能结构的设计，目前存在的问题是因为轿车的缓冲吸能的空间的制约即使使用最好的材料来制作缓冲吸能结构也无法达到预期效果。具体存在下列问题：一是轿车本身结构中，中柱侵入现象非常严重，其腰线位置形成塑性铰。而致使中柱的上下两端的支撑力大大减弱，这样就会使顶盖边梁和门槛在其与中柱交接位置附近侵入量偏大。

2.1 关于侧面碰撞结构的耐撞性研究

由于我国的大部分轿车车身侧面结构设计的合理性不高，特别是在缓冲空间的设计等方面考虑不周全，因此侧面碰撞时乘员伤亡严重，想要降低这种事故发生，就必须采用一系列的防护装置来提高乘员的安全保障性能。例如，安全气囊、侧面安全气帘和防护衬垫几种方式，这些装置起到了一定的防护作用，这样来讲，要想提高车辆侧面碰撞安全性，首先要从根本上找，也就是首先要提高车辆结构设计与实用过程中的安全性。

在结构设计时，可以增加缓冲吸能区两侧的变形空间或增强侧面结构的刚度，以此能够使碰撞力有效地传递到具有保护和吸能作用的柱、地板、梁、车顶及其他部件，从而达到分散、吸收撞击力；最大限度地降低损害程度等作用。一般而言可以采用以下措施：（1）增加车门的强度或增加车身的横向横梁（车顶横梁、地板横梁等）强度；（2）增加A柱、B柱、C柱等侧围部物的强度或者增加门槛梁的强度；（3）合理的设计门锁及铰链，在防止汽车发生侧面碰撞的时候，车门自动打开的同时促使碰撞后车门开启的容易度，以便于对乘员进行及时的车外救护。

2.2 在轿车的内部添加结构加强部件

轿车原车型内的侧梁系结构在刚度设计时存在许多问题，会降低其车身侧面整体的刚度，一旦发生侧面碰撞时，车身就会出现严重变形等情况，这样就会导致成员受到极大的伤害。所以需要对原车型添加以下部分加强件：1、门槛梁内部整体加强件，如在中柱的局部增加强板以及地板上方的座椅而在其背后安装防护横梁，轿车的顶盖边的内部一些部位也需要安装一些相应方加强件，可以安装厚度为1.6mm，屈服强度为400MPa类型的加强件。此外，还可以在前门内板和外板之间，增加一根防撞杆，这样就会形成双防撞杆，材料和厚度与原防撞杆一样，也从而形成更为有利的保护。

2.3 乘员生存空间分析

我们在研究侧面碰撞安全性的问题时，研究的第一个重要对象就是对于驾驶员的生存空间的考察，这也是首要考虑的。我们在研究中发现，在对其安全性进行评价时，中柱或前门内板侵入量的多少是评价指标的标准。改进后，在与原车中的乘员空间来进行对比，就不难看出，改善后的乘员空间比较适中，我们在做模拟实验时就会看到假人胸部相对应的车门内板位置的侵入量发生了一些变动，由最初的428mm到现在的188mm。改进后的中柱内板与座椅之间的纵向中心面的距离为66mm，达到“达标”等级；在不断的改进后，我们发现中柱内板距座椅纵向中心面的距离处于“优”等级，这一数据就表明了改进后在一定程度上具有良好的乘员生存空间。

3 侧面碰撞乘员损伤的防护措施

3.1 安装侧面安全气囊

安全气囊的主要作用是尽量避免乘员在发生碰撞事故中与轿车内饰件发生第二次碰撞。目前我国轿车的标准装置必须设有正面安全气囊。我们经过了相关的测试以及多次的实践表明，安全气囊的设置可以减轻乘员在轿车碰撞事件中的伤害程度，其死亡率可降低至18%，当然乘员与安全带一起进行配合使用那么死亡率锐减，由此可见安全气囊的作用确实是功不可没。就目前的交通事故调查显示，轿车侧面碰撞事故也频频发生，基于这种情况，可以在优化车身的侧面结构和内饰件的前提下在轿车内设置相应的保护气囊。这样就提升了对乘员的保护性能。

3.2 轿车内安装防护衬垫

虽然侧面安全气囊的装置可以保护车内乘员减少危险，但是目前侧面气囊的匹配技术是一个技术难题，同时会增加车辆的制造成本。因此，我国大部分的汽车车型在设计时没有这种设置，而是采用了防护衬垫的安装形式，这种方式的效果也是不错的。实验结果显示，在侧面碰撞中对乘员的保护措施可以采用泡沫衬垫来吸收撞击能量，以降低碰撞接触力。科学上来看，衬垫的防护效果与其刚度特性有一定的關系，它的刚度要适中，不能大于人体相应部位的刚度，因为衬垫可吸收一定的碰撞能量，也不能过软，此外衬垫的厚度也影响着其防护效果。

4 结束语

目前在我国关于提高轿车抗侧面碰撞能力在一定程度上来讲是一个具有相当大难度的抗碰撞技术。其改进的重点部分应首先考虑将碰撞能量进行行之有效的转移。可以转移到具有保护作用的梁、柱、地板、车顶及轿车上其他部件，使撞击力分散，这样就会把因侧面碰撞而造成的损害降到最小。

参考文献：

[1]阮诚心（NGUYEN THANH TAM）.基于侧翻碰撞安全性的客车车身改进设计及乘员损伤研究[D].湖南大学，2012.

[2]朱志军.轿车侧面碰撞结构安全性设计与乘员损伤防护研究[D].湖南大学，2011.endprint