从车身结构谈汽车安全(三)

文/江苏 冯学敦 张湘衡

(接上期)

2.汽车侧面碰撞

汽车车身侧面碰撞是汽车碰撞中常见的碰撞案例，其概率要占汽车碰撞事故总数的28%。在汽车侧面碰撞中，车身结构对乘员的保护很困难，因此，碰撞死亡发生率较高，约占死亡总人数的34%。汽车侧面受到碰撞后，要求车身减小侧围结构对乘员室的侵入量，以防止侵入量过大而对乘员造成挤压伤害。同时，减小侧围结构对乘员室的侵入速度，减小对乘员的撞击力。碰撞过程中车门不能自动打开，而碰撞后可以不使用工具打开非碰撞侧的车门。

除发生滚翻事故外，汽车侧面碰撞也会让汽车侧翻或造成车身顶部损坏。整体车身设计成框架式结构，这样的车身结构一般通过立柱、车身顶边梁、横梁和相应的接头来组成整体框架结构，以保证乘员室的安全。合理匹配各框架构件的刚度，防止因应力集中造成失稳，而导致框架结构机制的失效，这是衡量整体车身结构是否有安全性的重要因素。

(1)车身侧面防碰撞理念

当汽车受到侧碰撞时，受到撞击的部位一般是车门、立柱或门槛梁等。汽车车门、立柱与乘员之间的空间很小，在乘员胯部位水平面上，内陷允许凹陷量只有300mm左右。图1为汽车碰撞车身压入量与车身变形示意图，想要像车身前后部那样设计吸能缓冲区比较困难。汽车侧碰撞的理想特性只能是要求侧面结构有足够大的刚度，确保车门和立柱不发生大的变形，加强B柱铰链柱的刚度及其与门槛接头的刚度。

此外，还应在车门处设置抗碰撞梁，地板下面设置横梁，加大门槛梁的截面，车门下边缘与门槛梁结构相重叠，以加强车门框架结构的支承等，使门槛梁和地板能更好地起到承受侧向力和吸能的作用。

车身在受到侧面碰撞冲击后，一般碰撞损坏的构件如图2的黄色构件所示。

车身侧围B柱是为了加强防碰撞性能而设计的，在B柱内设置了强度很高的加强件(见图3)。B柱加强件通过焊接的方法与车身侧围上的横梁和车身门槛梁连接。

汽车车身侧面发生碰撞后，允许向乘员室压缩的空间很小，所以汽车车身的A、B、C柱需要较大的刚度，将汽车乘员室设计成强度较高的框架结构(见图4)，红色构件是车身加强件，因需要很好的刚度，一般都是采用高强度的合金材料制作，所以其塑性、延展性(整形性能)、焊接性能不如低碳钢。

汽车车身侧围外板一般是A、B、C柱连成一体，有的C柱还与车身后翼子板连成一体，这样的汽车车身侧围需较大的冲压加工设备。因此，汽车车身侧围外板需要塑性较好的金属材料制造，这些材料的塑性、整形弯曲特性、焊接性能等都优于高强度合金材料，也便于汽车碰撞后的修复。

(2)汽车车身侧面的防碰撞结构

汽车车身门槛梁结构如图5所示，车身门槛梁外板是一个盒子型的箱形结构。其采用盒子型结构可以提高构件的整体刚度，盒子型门槛梁还可以在碰撞时提供侧围的变形空间。汽车车身侧围受到碰撞时，冲击能量使盒子梁凹陷或弯曲变形，从而减小车身侧围整体向乘员室侧变形的压力，同时具有一定的吸能特性，大大减小了碰撞冲击能量对乘员室的冲击。

从汽车车身侧面结构可以看出，车身B柱对抵抗向车身内部弯曲变形的刚度是很重要的。车身在受到碰撞时，有足够大的刚度，与此同时车门B柱各截面形状在受到碰撞时，为了能够按照理想状况产生弯曲变形，通常采用加强的方法达到目的。如图6所示，在车身B柱上的薄弱部位进行加强，在图中A－A、B－B的位置设置内、外加强板，为车身B柱的抗弯强度进行补强措施，以提高车身B柱的整体刚度。

汽车车身侧面碰撞时，车身门槛梁主要是向车身内侧弯曲变形。为了防止这种变形，车门槛梁中部受到侧向撞击后，向车内变形的弯曲刚度和冲击的传递变得格外重要。

汽车侧围为了加强门槛梁的弯曲刚度，如图6所示，设置了车身门槛梁内板和B柱下加强板等。有的汽车车身还在车身侧围采用其他方法，如填充发泡材料，减小车门与车门框间隙；在车门与门框之间安装橡胶件，加强车门铰链与车门锁闩的强度等。

为了确保乘员室的安全，汽车乘员室的底部横向结构对侧围结构起到了很好的支撑作用。因此，汽车车身设置一些横向车身结构，如图7所示，顶盖横梁、前风窗下横梁、仪表板安装横梁和地板横梁等，用以提高车身框架结构的刚度，当受到侧面碰撞时，确保乘员室的安全。汽车车身内部结构(即车身侧围A、B、C立柱与车身各种横梁构成)是刚度较好的框架结构，以确保车身在受到侧面碰撞时可以足够的安全。

为了提高汽车车身侧面的整体刚度，需要加强车身车门的刚度。车身车门主体是车门附件安装体，是车门的重要支撑板件，一般采用0.7～0.85mm的薄钢板冲压拉伸成形。为了安装车门附件机构，还需冲压出各种形状的凸台、窝穴、手孔、安装孔等；为了增强车门的整体刚度，车门周边需要冲压出凸边、加强肋等。与此同时，车门还特别安装车门内板加强件(见图8、图9)，为加强车身前、后门的构件设置，有的还安装刚性很好的圆柱形构件，以提高车门的整体刚度和附件安装部位的连接强度，如图中红色构件所示。

总之，车身结构防碰撞安全性能就是车身结构承受碰撞的能力、变形模式以及吸收碰撞能量等综合能力的体现。良好的车身结构同时具有较好的防碰撞性能，意味着在一定的变形模式下，结构应能承受较大的撞击载荷，并吸收较多的碰撞能量，使结构的变形向有利于保护乘员生存空间的方向发展，使乘员所受到的冲击损伤符合有关法规的要求。

2006年1月18日，我国颁布了有关汽车侧面碰撞的乘员保护法规，法规标准号G B20071(2006)，并于2006年1月起开始强制实施。由于我国乘用车大量引进进口车型，制定法规时也参考了国外法规。图10为美国侧面碰撞法规试验形态。

如图11所示，汽车碰撞损坏十分严重，造成汽车车身侧面严重损坏，由于直接碰撞点在汽车车身的中间位置，碰撞造成汽车车身侧围、B柱、两个车门都严重损坏变形，并且还引起车身顶部弯曲变形。但汽车乘员室并未受到挤压，所以乘员没有受到严重伤害。

3.汽车防侧面碰撞乘员保护

(1)汽车侧面碰撞一般来自汽车前进方向的另一方向。当发生碰撞时，汽车车速低于50km/h，整体式车身一般不会造成乘员的严重伤害。驾驶员遇到这种突发状况可以采取制动的措施，让车辆停下来，切不可慌乱，乱打方向，以免造成与其他障碍物的碰撞。

(2)汽车车身侧面对乘员室的可压缩空间较小。当汽车受到侧面碰撞冲击很大时，因能量无法吸收，碰撞冲击能量会将汽车推翻或冲击得很远，但汽车整体式车身结构仍可以保护乘员不受严重伤害。汽车保护系统，如安全带、安全座椅、安全气囊是保护乘员的有效设施，驾驶员应利用好这些安全设施，才能确保自已在突发事故中免受伤害或减轻伤害。(全文完)