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(xué)公共衛(wèi)生學(xué)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(dǎo)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(jī)率是撞擊車輛駕駛員死亡機(jī)率的幾倍甚至幾十倍以上。居高不下的傷亡機(jī)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(fēng)險(xiǎn)降至最低,對(duì)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(xiàn)研究和美國(guó)聯(lián)邦法規(guī)FMVSS214分析基礎(chǔ)上,使用歸納分析方法、數(shù)值分析方法、統(tǒng)計(jì)分析方法和有限元分析方法,分別對(duì)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(gòu)變形侵入量影響因素進(jìn)行了研究。
　　 1、側(cè)面碰撞兼容性損傷流行病學(xué)研究。基于NASS/CDS數(shù)據(jù)庫,采用SAE標(biāo)準(zhǔn)J224受損車輛分類方法,研究了乘用車所有乘員損傷等級(jí)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(jí)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(shí)研究了被撞擊車輛所有乘員損傷等級(jí)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(shí)事故中,造成撞擊車輛乘員損傷等級(jí)3以上且損傷機(jī)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(jí)3以上且損傷機(jī)率50％以上的速度變化值為28.5 km/h。針對(duì)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(hù)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(duì)汽車側(cè)面碰撞安全性發(fā)展過程當(dāng)中使用的集中參數(shù)理論模型進(jìn)行了歸納總結(jié),對(duì)其中典型的幾種參數(shù)模型進(jìn)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(duì)側(cè)面碰撞測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,結(jié)合非線性動(dòng)力學(xué)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(gòu)部件的動(dòng)態(tài)特性。比較分析試驗(yàn)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(zhǔn)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(yīng)。
　　 3、側(cè)面碰撞兼容性定性研究。本文利用動(dòng)量守恒定律、牛頓定律和力矩理論,并結(jié)合簡(jiǎn)單集中參數(shù)理論模型和假人車門自由體理論模型,對(duì)兩車側(cè)面碰撞兼

6、容性問題的三個(gè)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(jìn)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?jī)绍嚰嫒菪詥栴}提供了思路。針對(duì)汽車前端的剛度和幾何特征,分別分析了其評(píng)價(jià)參數(shù):變形能量剛度kw和真實(shí)作用力平均高度值TrueAHOF。對(duì)歐洲汽車安全委員會(huì)(EEVC)的兼容性和正面碰撞工作小組(WG15)開發(fā)的漸進(jìn)型變形壁障PDB進(jìn)行了分析,研究了在PDB側(cè)面碰撞測(cè)試中評(píng)價(jià)汽車兼容性的參數(shù)PPA

7、D。如果PPAD值越小,表示試驗(yàn)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(xué)理論和罰函數(shù)力學(xué)理論基礎(chǔ)上,按照美國(guó)FMVSS214法規(guī)建立和驗(yàn)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(guó)新車評(píng)價(jià)側(cè)面碰撞(US-SINCAP)規(guī)程進(jìn)行了一系列仿真分析,研究了目標(biāo)車在側(cè)碰仿真中車門檻梁位置(第1水平

8、級(jí))、車門中部位置(第3水平級(jí))和車窗下邊框位置(第4水平級(jí))的變形侵入情況。結(jié)果表明,在乘用車兩車側(cè)碰中,目標(biāo)車第3水平級(jí)的變形侵入量最大,第1水平級(jí)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(chǔ)上,選取Taurus轎車側(cè)面變形侵入量為研究目標(biāo),分析其側(cè)向速度變化值為28.2km/h時(shí),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(gòu)相對(duì)位置等側(cè)面碰撞因素對(duì)側(cè)面變形侵入量的函數(shù)關(guān)系。結(jié)合真

9、實(shí)世界事故統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù),分析了變形侵入量對(duì)乘員損傷等級(jí)的影響。研究發(fā)現(xiàn):①兩車質(zhì)量比是影響目標(biāo)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(dāng)兩車質(zhì)量比為1.6時(shí),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(gòu)位置發(fā)生變化時(shí),被撞目標(biāo)車的側(cè)面變形侵入量也會(huì)發(fā)生變化,隨著撞擊車保險(xiǎn)杠高度的降低,目標(biāo)車第3水平級(jí)和第4水平級(jí)的變形侵入量逐漸減小,第1水平級(jí)的變形侵入量值先