乘用車兩車側(cè)面碰撞的兼容性研究.pdf

1、世界衛(wèi)生組織、哈佛大學公共衛(wèi)生學院和世界銀行聯(lián)合研究得出:到2020年,道路交通事故將成為導致人類死亡的第三大原因,每年致死人數(shù)將超過140萬。其中,側(cè)面碰撞事故占事故總數(shù)的30％左右,僅次于正面碰撞;而在造成乘員死亡和重傷的兩車側(cè)面碰撞事故中,被撞擊車輛駕駛員的死亡機率是撞擊車輛駕駛員死亡機率的幾倍甚至幾十倍以上。居高不下的傷亡機率威脅著人們的生命安全,因此,要想使事故中車輛所有乘員的損傷風險降至最低,對汽車側(cè)面碰撞安全性、兼容性的研

2、究就顯得尤為重要。本文在大量參考文獻研究和美國聯(lián)邦法規(guī)FMVSS214分析基礎上,使用歸納分析方法、數(shù)值分析方法、統(tǒng)計分析方法和有限元分析方法,分別對乘用車兩車側(cè)面碰撞的集中參數(shù)理論模型、參數(shù)反求法、乘員損傷情況及車輛受損情況和車輛側(cè)面結(jié)構變形侵入量影響因素進行了研究。
　　 1、側(cè)面碰撞兼容性損傷流行病學研究?；贜ASS/CDS數(shù)據(jù)庫,采用SAE標準J224受損車輛分類方法,研究了乘用車所有乘員損傷等級為3以上(撞擊車輛和被

3、撞擊車輛)在速度變化值△v上的分布情況和所有乘員損傷等級為3以上身體5大部位(頭部/面部/頸部、胸部、骨盆、上肢和下肢)在速度變化值△v上的分布情況;同時研究了被撞擊車輛所有乘員損傷等級為3以上和其身體5大部位在橫向受損區(qū)間、縱向受損區(qū)間和垂直方向受損區(qū)間上的分布情況。結(jié)果表明,在輕型卡車(LTV)和轎車(CAR)的側(cè)面碰撞真實事故中,造成撞擊車輛乘員損傷等級3以上且損傷機率50％以上的速度變化值為34 km/h,造成被撞擊車輛乘員損傷

4、等級3以上且損傷機率50％以上的速度變化值為28.5 km/h。針對不同的分析結(jié)果,提出被撞擊車輛在橫向受損變形方向、縱向受損變形方向和垂直受損變形方向需要采取的保護乘員安全的措施。
　　 2、側(cè)面碰撞兼容性集中參數(shù)理論模型研究和參數(shù)反求法研究。本文對汽車側(cè)面碰撞安全性發(fā)展過程當中使用的集中參數(shù)理論模型進行了歸納總結(jié),對其中典型的幾種參數(shù)模型進行了較完整的描述。為了求解集中參數(shù)理論模型中的非線性彈簧和阻尼剛度,提出了一種數(shù)值分析

5、方法:參數(shù)反求法。該方法采用分段參數(shù)修勻最小二乘法對側(cè)面碰撞測試數(shù)據(jù)進行擬合,結(jié)合非線性動力學系統(tǒng)模型,反求出汽車側(cè)面碰撞過程中汽車吸能部件和假人結(jié)構部件的動態(tài)特性。比較分析試驗法和有限元分析法的結(jié)果發(fā)現(xiàn),非線性參數(shù)反求法的結(jié)果更準確地描述出了側(cè)面碰撞條件下汽車部件和假人的非線性響應。
　　 3、側(cè)面碰撞兼容性定性研究。本文利用動量守恒定律、牛頓定律和力矩理論,并結(jié)合簡單集中參數(shù)理論模型和假人車門自由體理論模型,對兩車側(cè)面碰撞兼

6、容性問題的三個重要影響因素——兩車質(zhì)量比、汽車前端剛度和前端幾何特征進行了系統(tǒng)的研究和總結(jié)。研究結(jié)果揭示了兩車側(cè)碰兼容性的內(nèi)在規(guī)律,為更好的研究兩車兼容性問題提供了思路。針對汽車前端的剛度和幾何特征,分別分析了其評價參數(shù):變形能量剛度kw和真實作用力平均高度值TrueAHOF。對歐洲汽車安全委員會(EEVC)的兼容性和正面碰撞工作小組(WG15)開發(fā)的漸進型變形壁障PDB進行了分析,研究了在PDB側(cè)面碰撞測試中評價汽車兼容性的參數(shù)PPA

7、D。如果PPAD值越小,表示試驗車輛的兼容性越好。
　　 4、側(cè)面碰撞兼容性仿真研究。在有限元顯式理論、二維碰撞力學理論和罰函數(shù)力學理論基礎上,按照美國FMVSS214法規(guī)建立和驗證了一系列車輛有限元模型(包括Taurus、Explorer、F250和Silverado)和可變形壁障有限元模型(US-MDB),并依照美國新車評價側(cè)面碰撞(US-SINCAP)規(guī)程進行了一系列仿真分析,研究了目標車在側(cè)碰仿真中車門檻梁位置(第1水平

8、級)、車門中部位置(第3水平級)和車窗下邊框位置(第4水平級)的變形侵入情況。結(jié)果表明,在乘用車兩車側(cè)碰中,目標車第3水平級的變形侵入量最大,第1水平級的變形侵入量最小。
　　 5、側(cè)面碰撞變形侵入量影響因素研究。在仿真研究基礎上,選取Taurus轎車側(cè)面變形侵入量為研究目標,分析其側(cè)向速度變化值為28.2km/h時,乘用車兩車質(zhì)量比、撞擊車接近速度和接觸面積、主要吸能結(jié)構相對位置等側(cè)面碰撞因素對側(cè)面變形侵入量的函數(shù)關系。結(jié)合真

9、實世界事故統(tǒng)計分析數(shù)據(jù),分析了變形侵入量對乘員損傷等級的影響。研究發(fā)現(xiàn):①兩車質(zhì)量比是影響目標車中性變形侵入量(總體衡量變形侵入程度的參數(shù)C,見5.8節(jié))的首要因素,當兩車質(zhì)量比為1.6時,中性變形侵入量最小,最小值為402mm,乘員損傷AIS最小值為3.23。②兩車主要吸能結(jié)構位置發(fā)生變化時,被撞目標車的側(cè)面變形侵入量也會發(fā)生變化,隨著撞擊車保險杠高度的降低,目標車第3水平級和第4水平級的變形侵入量逐漸減小,第1水平級的變形侵入量值先