车对车小重叠率追尾碰撞的仿真研究

赵博洋+张耀伟+吴玉宝

摘 要：汽车在高速追尾碰撞中对乘员造成伤害极大，为了研究车对车小重叠追尾碰撞的耐撞性，根据北美联邦机动车安全法规新FMVSS301要求，联合LS-DYNA与HyperWorks软件，建立了两车以30%重叠率碰撞的有限元仿真模型。通过对该种工况仿真计算，从整车碰撞动态响应、侧围门框和前围板侵入量来进行定性和定量分析，结果表明：在追尾车碰撞速度为80km/h的情况下，被追尾车耐撞性能和安全性更差。

关键词：汽车安全性；车-车碰撞；小重叠追尾碰撞

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.04.187

0 引言

汽车追尾碰撞是高速公路上发生的主要事故。在2008年高速公路交通事故统计中指出了汽车追尾所造成的事故次数所占比例高达44.86%[1]。北美联邦机动车安全法规新FMVSS301要求机动车必须在v=80±1.0 km/h后碰撞中保持燃油系统的安全性[2]。

目前，国内一些学者对汽车追尾碰撞耐撞性和燃油系统的安全性等问题展开了研究。乔维高[3]仿真研究了某型皮卡车追尾带有后防护装置壁障的碰撞过程，通过仿真分析优化设计出新型吸能式汽车后防护装置结构。

然而，上述研究只考虑了追尾车与被追尾车全重叠追尾碰撞。对小重叠率追尾碰撞研究较少。而且在实际交通事故中两车会随机产生不同重叠率追尾的情况，所以有必要根据北美联邦机动车安全法规新FMVSS301要求，联合LS-DYNA与HyperWorks软件，对小重叠率追尾碰撞展开仿真研究。

1 汽车追尾模型的建立

本文选择两辆福特SUV Explorer作为研究车型，为了减小个体差异性和简化计算的时间，选择了同一款车型。设定的工况为：初始速度v = 80 km/h追尾车与初始静止的被追尾车以30%重叠率发生碰撞。利用HyperWorks和LS-DYNA软件建立两车追尾碰撞的仿真模型，时间设定为150 ms，如图1所示。该有限元模型中总共有1 447198个单元，1 449259个节点。

2 汽车碰撞仿真模型结果分析

汽车追尾碰撞仿真计算结果可以从定性和定量两个方面来综合分析。定性分析主要是对整车的外观形状的变形和运动状态直观分析评价；定量分析主要依据参与变形部件的侵入量对车体结构耐撞性进行评价。

2.1 整车碰撞动态响应分析

如图2所示为整车碰撞过程当中车体在150ms碰撞时刻的动态响应图。整个碰撞计算结束后，通过整车在不同碰撞时刻的动态响应来定量的分析车体结构安全性。

2.2 侧围门框和前围板侵入量分析

根据两车在150ms时刻碰撞变形响应图可以直观的看出追尾车乘员舱完整性比较好，但是被追尾车乘员舱产生了较为严重的变形，减少了乘员的生存空间。所以有必要对被追尾车乘员舱定量的展开分析和评价。图3所示是在HyperView软件中对侧围门框侵入量进行测量从而间接的反应乘员舱侵入情况。

选择了a、b和c三個测量点进行测量乘员舱的上中下部，由a、b和c三条曲线可以清楚的看出侧围门框的侵入量超过了1200mm，侧围门框中间位置即a点测量位置侵入量比b和c大。从而能够看出被追尾车乘员舱的完整性差，并且侵入量大，对乘客的安全造成了严重的威胁。

汽车前围板侵入量的大小在一定程度上对前排乘员造成不同程度的伤害。通过整车变形响应图可以看出被追尾车前围板完整性较好。追尾车前围板有点变形，但是从动态中可以看出追尾车前舱变形小，从而前围板侵入量不会太大，对追尾车前排人员不会产生太大的伤害。追尾车和被追尾车位移侵入都比较小，对于追尾车而言最大侵入量只有117.2mm，对前排乘员不会产生较大的安全伤害。

3 结论

通过对该种工况仿真计算，从整车碰撞动态响应、侧围门框和前围板侵入量来进行定性和定量分析，结果表明：在追尾车碰撞速度为80 km/h的情况下，被追尾车耐撞性能和安全性更差。

参考文献：

[1]杨济匡，唐超群.轿车高速追尾碰撞中结构耐撞性优化设计[J].中国机械工程，2011，22（05）：616-620.

[2]徐业平，陶绪强，张宏波，等.中美欧汽车碰撞安全法规解析[J].合肥工业大学学报：自然科学版，2010，33（11）：1612-1617.

[3]乔维高，李章宏，凡乐等.新型汽车后防护装置的碰撞仿真研究[J].武汉理工大学学报：信息与管理工程版，2014，36（01）：52-56.

作者简介：赵博洋（1991-），男，新疆哈密人，助理讲师，研究方向：车辆被动安全。endprint