汽车侧面碰撞的研究现状及发展

程海东，田国红，孙立国，齐登科

（辽宁工业大学汽车与交通工程学院，辽宁 锦州 121001）

行业综述

汽车侧面碰撞的研究现状及发展

程海东，田国红，孙立国，齐登科

（辽宁工业大学汽车与交通工程学院，辽宁 锦州 121001）

论文在探讨了汽车侧面碰撞的研究意义后，分析了汽车侧面碰撞的研究现状及研究方法，并提出了我国汽车侧面碰撞的发展趋势。

汽车；侧面碰撞；研究方法

前言

随着科技的发展，汽车安全内容更加的详细。总体分为两类：一类是避免事故发生的主动安全；一类是降低事事故发生时人体伤害的被动安全。侧面碰撞是车辆交通事故的一种重要形式，其理论研究十分必要。

1 侧面碰撞的研究意义

我国人口众多，道路环境多种多样，车辆的质品参差不齐，人们的安全意识不高，交通事故频发，每年因为车祸造成的经济损失高达10亿元。在交通事故统计数据中（如图1所示），车辆在正面碰撞的比重占到了62%，侧面碰撞的在所有交通事故中的比重为23%。从图2中交通事故形态柱状图可以看出，交通事故中侧面碰撞的比重仅占正面碰撞的1/3，但二者死亡人数相差不大。可知道交通事故侧面碰撞事故发生概率较高，其致死率和致伤率分别居所有交通事故中的第二位和第一位，因此汽车安全领域中对侧碰的研究意义重大。

图1 汽车事故形式饼状图

图2 车辆事故形态柱状图

2 汽车侧面碰撞的研究现状及发展

汽车对侧面碰撞的研究同样是一项复杂的系统工程。其研究内容涉及力学、电学、医学、生物学等多个学科及领域。汽车结构安全性研究和车内乘员安全性研究是侧碰主要研究的两个方面[1]。

2.1 侧面碰撞结构安全性研究

侧面碰撞的结构安全性的研究，不仅仅指的是车身结构的研究，也涉及到侧面碰撞试验所用的碰撞设备（可变形移动壁障 MDB、试验假人等）以及侧面碰撞的结构标准，以至于最大限度的贴合实际情况[2]。

2.1.1 车身结构的研究

在侧面碰撞研究中，由于没有保险杠、前纵梁、发动机等吸能结构对碰撞的冲击进行缓冲。只能通过侧面结构（门槛梁、B柱、车顶纵梁、底板加强梁等）进行冲击力的缓冲和转移。由于侧面缓冲空间比较小，因此对侧面结构的要求很高，在能满足车身侧围部件的侵入量和侵入速度的同时能够在有效的空间内吸收更多的冲击能量，以便在侧面事故中有效的降低乘员的损伤。

2.1.2 侧撞移动变形壁障（MDB）的研究

MDB试验是研究侧面碰撞试验中的重要环节。用MDB进行试验不仅可以模拟出车辆之间的碰撞情形，而且能重复操作降低开发成本。日本汽车研究所对 NHTSA（National Highway Traffic Safety Administration）和 EEVC（Europe Experimental Commission）的试验中假人的损伤程度的巨大差异进行总结，第一、MDB的特征值（如外形参数、蜂窝铝特性、整车质量等）对影响试验结果的最终评价；第二、对试验结果影响较大的还有MDB的速度与碰撞方向的夹角大小。由于现在不同国家车型种类繁多，车型更新速度加快，MDB很难进行统一的标准，况且美国、欧洲的MDB不可能适用于其他国家车辆。

2.1.3 侧面碰撞假人的研究

假人最早用于格鲁曼等航空企业的航空座椅等方面的测试，随后在成为汽车安全研究上发挥重要的作用。并开发了不同系列的假人，包括男性假人、女性假人、儿童假人。随着仿生学和损伤机理的深入研究，国际上侧面碰撞使用的假人主要有EuroSID-1、BIOSID、ES-2、SID-IIs等。不同的侧面碰撞法规使用不同的侧碰假人，美国使用的是 SID，欧洲和日本在EuroSID-1假人基础上进行改进，目前更多使用性能更好的ES-2型假人。我国同日本一样，侧碰所使用的假人是Euro SIDⅡ型男性假人，通过碰撞后假人的伤害值指标来评价车辆的安全性[3]。

2.2 侧面碰撞乘员响应研究

侧面碰撞乘员响应及损伤的研究。对侧碰中乘员响应的研究主要集中在人体容易损伤或致命的部位，如头、胸、颈、腹以及盆骨等部位，能够直接或间接与汽车接触的部位。其研究主要分为两方面，一是侧面约束系统的开发，二是车身侧围部件（如座椅、内饰、B柱等）结构的设计优化。美国Wayne州立大学的J. Cavanaugh等人对乘员损伤的各种评价指标的研究进行了大量工作，他们研究乘员身体损伤机理和耐受限度是通过大量的尸体试验，并运用MADYMO等仿真软件建立数值模型，通过对评价指标的深入研究，从而研发行之有效的安全保护装置，其中在损伤生物力学方面取得明显的成绩。

3 汽车侧面碰撞研究的方法

现在，对于汽车侧碰主要有大致三种研究方法：实车碰撞试验、台车碰撞试验、计算机仿真分析。

实车碰撞试验是对所开发成品整车进行真实的碰撞，根据碰撞结果对汽车整车进行评估。实车碰撞试验主要包含通过固定壁障碰撞测试的正面碰撞试验、通过可移动变形壁障测试法、翻滚测试、柱碰等测试方法的侧面碰撞试验；还有正面侧面都进行的实车对实车碰撞测试等等。其中移动壁障测试是在汽车侧面碰撞安全性研究中常用的方法，就是用按照相关法规规定对移动壁障进行设计以规定速度去撞击静止的整车来进行评价汽车安全性能的一种方法。实车碰撞试验，如图3所示，是最能呈现事故场景的方法，也是综合评价汽车安全性能的是最直接有效的一种方法。并且此试验方法所得数据为乘员安全系统的改进和车辆侧面结构的设计优化提供可靠的资料，其所得实验数据可以作为台车模拟试验和计算机模拟仿真的试验条件。但实车碰撞试验的缺点就是开发成本高，周期比较长，不能重复使用也不能回收利用等等。

在研究中，对车身侧面结构比较简单，对侧面结构的改进和优化是很有限。台车侧面碰撞试验用来对车身侧围内部构件（安全带、内饰、气囊等）与乘员之间的响应，如图 4所示。它是将1/4整车侧前部分搭建成台车模拟整车碰撞，将缓冲块放置在刚性墙与台车之间，台车以一定速度撞击刚性墙，中间的缓冲装置描述力学特性，然后得到接近实车碰撞结果的速度变化特性。通过速度波形来模拟汽车变形的过程，用来验证侧围内部构件的对侧面冲击力的吸收性能。

图4 TNO公司的台车侧碰装置

图3 实车碰撞试验

这种装置的不足之处就是仅能对车门附件上单个点的加速度变化进行测试，车门附件上所有点的加速度波形不能进行模拟，因此需要根据具体的研究内容而进行适当的选择相应的点。如果要研究人体胸部对车门内饰板的运动变化的响应问题，可以取与人体胸部位置对应车门内饰板上的加速波形定义为台车模拟的目标波形。

目前荷兰TNO、Seattle Safety公司、IST公司以及三菱公司是具备生产台车碰撞试验装置能力的主要公司。

如今，计算机配置的巨大提升，仿真软件开发的日益完善。使得计算机仿真技术在车体结构强度分析、汽车安全系统的验证、人体的生物力学研究、碰撞用假人的研究等方面发挥着重要作用。尽管计算的仿真分析比不上实车碰撞分析准确，但是在汽车的研发初期产品成型前的研究发挥重要作用，而且减少试验次数，节省试验成本，缩短了开发周期。汽车碰撞计算机模拟理论和方法是建立在拉格朗日分析力学、碰撞理论、有限元理论、生物力学、牛顿矢量力学、材料理论、多刚（柔）体系统动力学、数值方法以及计算机技术水平的不断发展和完善基础之上的。模拟碰撞事故中乘员与环境的相互作用可以采用多刚体系统动力学理论建模的软件，能很好地再现事故过程，而描述车身结构的抗撞性可以采用显式有限元理论建模的软件，处理很多异常复杂的结构大变形问题。而这些方面的商用软件品类繁多，应用较多的有 CAL3D、MADYMO、LS-DYNA、PAM-CRASH、MSC／DYTRAN等软件。

4 结束语

目前，汽车碰撞的研究在我国迅速发展，部分国产汽车在碰撞测试中的得分已接近国外高档车。汽车侧面碰撞作为车祸中的一种重要碰撞形式，其理论研究和技术的发展将会为车祸中乘员的生命及财产安全提供有利的保障。

[1] 黄靖.汽车碰撞过程中加速度特征对乘员损伤的影响分析[D].大连理工大学,2009.

[2] 吕恒绪,李向荣,张振鼎. ES-2与SID Ⅱ s侧碰假人头部伤害指标对比研究[J].交通标准化,2009,(22):25-29. [2017-09-01].

[3] 本刊编辑部,占强,杨絮. 假人能代替你吗?——碰撞试验假人介绍系列之简介篇[J].世界汽车,2007,(03):86-89. [2017-09-01].

Research Status and Development of Automobile Side Impact

Cheng Haidong, Tian Guohong, Sun Liguo, Qi Dengke
（School of automobile and traffic engineering, Liaoning University of Technology, Liaoning Jinzhou 121001）

After discussing the significance of the research on the side impact of the automobile, the paper analyzes the research status and research methods of the side impact of the automobile, and puts forward the development trend of the automobile side impact.

Automobile; side impact; research method

U467.3

A

1671-7988(2017)22-01-03

10.16638 /j.cnki.1671-7988.2017.22.001

程海东，硕士，就读于辽宁工业大学。研究汽车 CAD/CAE/CAM技术。

CLC NO.:U467.3

A

1671-7988(2017)22-01-03