汽车前后防护装置吸能性研究

贾金山

摘要：汽车从原有的汽油作为动力驱动，发展至今，已经将电力能源作为未来发展方向。随着汽车为人们的生活提供的便利，使得人们的经济和生活都发生巨大的变化，但也要注意到随之产生的交通事故，严重的威胁到人们的生命安全。在众多的交通事故中，汽车间的追尾事故最为常见，其中小型车由于速度过快，钻入到卡车尾部，造成汽车严重变形的同时，驾乘人员会受到不同的生命伤害。所以，为提高车辆彼此间的碰撞安全性能，本文将汽车前后防护装置吸能性作为研究方向，为我国汽车生产企业提供参考价值

关键词：汽车；前后防护装置；吸能性；研究

前言：

随着人们生活水平不断提高，许多家庭都购买汽车作为生活用品。通过目前统计数据，随着汽车数量的不断增加，交通事故的发生率也大幅度提高。世界范围内，每年有120多万人死于交通事故，有上千万人成为残疾。我国每年车祸会有10多万人死亡，上百万人致残致伤，为社会和家庭造成严重的经济损失。根据目前情况，不仅需要提高汽车安全性能，同时也要全社会共同治理交通情况。

1汽车碰撞中的乘员损伤机理及安全车身结构

在当前对汽车安全问题研究中，主要将提高驾乘人员安全措施作为主要对象，在碰撞时，能够使汽车在被动安全措施下进行。在汽车发生事故中，分为一次碰撞和二次碰撞，车辆同外部发生碰撞为一次碰撞，在车内人员同车辆为二次碰撞。如果汽车发生碰撞时，人体会受到生物、心理和机械伤害，另外驾乘人员受到事故伤害时，主要体现在这几个方面：（1）当人体受到一次碰撞时，会对人体极限产生巨大冲击，由于人体无法承受后，会使身体造成伤害；（2）如果事故中，有外部坚硬物体进入到车内，会对驾乘人员造成损伤；（3）当发生一次碰撞后，可能会伴随二次碰撞，进而加重驾乘人员受伤程度；（4）如果汽车在高速的情况下发生事故，会由于受到剧烈的冲击，使车内空间瞬间减少，这样会导致驾乘人员受到严重的伤害。目前在汽车设计和制造中，将汽车乘员安全区和缓冲吸能区，作为汽车安全设计主要内容。在设计中，考虑事故发生严重的冲击，要提高安全区变形能力，不会发生巨大的形状改变，同时提升缓冲吸能区的总体刚度能力。但是提高缓冲区的刚度要求，会降低汽车缓冲吸能能力，导致汽车受到冲击后，产生巨大的加速度，从而使驾乘人员受到伤害。结合缓冲吸能要求，应降低缓冲区的刚性能力，提升可变形能力，从而降低发生碰撞时产生的作用力。由于这种关系的冲突性，在目前的汽车设计中，缓冲区会呈现外柔内刚的结构，同时在吸能区和安全区连接处，提高其刚性的要求，降低缓冲吸能区的外围刚性，同时增加缓冲吸能能力的结构。为提高驾乘人员的身体安全能力，都会安装安全气囊、安全带和防撞钢梁等安全装置。同时将各种缓冲吸能材料和装置，增加到缓冲吸能区内，使汽车在受到冲击时，能够延长缓冲碰撞时间，降低作用力的破坏。现将几种常用的碰撞吸能装置进行介绍，并根据目前汽车设计进行分析。

2金属薄壁管结构

在汽车吸能结构中，金属薄壁管是比较常用的。当汽车受到前后冲击时，会使金属构件形状发生改变，这样会有效减少碰撞能量，使汽车受到缓冲吸能的保护。由于制作金属薄壁管技术简单，并且成本较低，已经成为许多汽车结构首选。根据金属薄壁管的特点，通过不同的颜色，可以判断其屈服强度，红色强度最高，黄色强度较低，粉色则是最低的，屈服强度的不同，会使溃缩吸能作用也不同。在汽车结构中，将红色作为防撞梁使用，到汽车受到冲击时，整体的骨架结构会将作用力分散，这就会减少集中一点的力对汽车造成的伤害。根据此结构的特点，将屈服强度能力很弱的低速吸能盒，连接到防撞梁两端。当汽车受到冲击时，能够发挥低速吸能盒的作用，将碰撞产生的能量进行吸收，这样可以提高车身纵梁的完整性。当汽车由于受到高速的碰撞后，能够使低速吸能盒发生溃缩的变化，同时能够将作用能量，分散到纵梁的吸能结构中，使驾乘人员在安全区内，由于发生很小的变形受到保护。

3液压缓冲吸能装置

汽车安全结构中，液压缓冲吸能结构能够将冲击能量，通过油液热能，节流吸收后分散，这是根据其油液具有粘性阻尼的能力。在汽车横杠内部，将橡胶垫同液压缓冲器的活塞杆组装到一起，使活塞杆内部成空心的状态。将可活动的活塞，分隔成左、右两个空间，在右侧内加入机械油，在左侧内注满氮气，当活塞杆外圆柱面进行工作时，与缓冲缸内圆住面共同滑动工作。如果汽车受到冲击后，汽车结构中的缓冲缸，能够使冲击力作用到保险横杠上，并且在横杠内侧的加强件上，也会分散其作用力到活塞杆上。另外，由于向右活动的活塞杆端，使得机械油在对动力的作用下，向流过节流孔运动。在活塞的右腔中，由于受到推动的作用，会使活塞发生向左运动，从而将氮气挤压。根据机械油，在通过节流孔时的粘性阻力吸收撞击能量的特点，能够使能力吸收有效率高达80%。当汽车受到碰撞后，能够在氮气的作用下恢复原有动力，能够使保险杠恢复到原有的位置。通过液压缓冲能力，不但可以使汽车在受到剧烈碰撞后，有效的降低能量的损害，同时还能将节流孔进行变化，这样就能适应不同的碰撞缓冲规律。根据缓冲器的特点，要合理科学的设计节流孔，这样才能确保缓冲区的性能保持稳定。由于缓冲器结构比较复杂，并且不易进行维修，而且还要定期进行保养。其制作费用和密封要求较高，适用于高档轿车的使用。

4剪断螺栓式吸能装置

根据剪断螺栓式吸能装置的发明经过，科学研究人员历经多次困难，从而为汽车安全性能做出巨大的贡献。在進行该装置试验时，将吸能装置中，将能活动的防撞梁安装在前端，在后端将支撑梁同车体连接，在中间位置，用四个大螺栓将支撑梁和防撞梁相连，在后端的部位，将几排较细的螺栓作为剪断螺栓使用，在中部的大弹簧，能够产生辅助减振的效果。如果汽车受到撞击时，防撞梁会移动到后部，这时剪断螺栓和后边缘会产生剪切力，这样可以使碰撞产生的能量获得吸收。若剪断螺栓没有完全的剪断，这就证明吸能装置的具有保护能力。为符合不同种类车辆的要求，可以对剪断；螺栓的数量、排布方式和数量进行改变，从而对碰撞吸能参数进行变化。此装置成本较低，并且具有良好的吸能效果和简单的结构，但是无法将目前的大体积，优化成小型装置。

结束语：

综上所述，根据上述不同吸能装置结构和吸能能力的介绍，为汽车安全性能设计提供参考，可以为驾乘人员的安全起到不同的保护。当汽车受到冲击后，由于其被动保护装置的特点，才能发挥其主要作用。另外要提升主动保护装置的能力，可以有效预防汽车受到冲击，对驾乘人员的伤害。随着科学技术的不断发展，使得汽车领域发生不断的变化，在目前智能汽车的发展潮流中，主动智能安全防护系统逐渐成熟，能够为今后的汽车安全防护起到重要的租用，能够使驾乘人员的生命安全受到有效的保护。

参考文献

[1]崔崇桢.逐级吸能梁耐撞性优化与应用[D].湖南大学.2010：80-82.

[2]丁海建.可伸缩式汽车碰撞缓冲吸能装置研究[D].湖南大学.2009：140-142.

[3]乔维高，张金虎.吸能式保险杠的研究现状及发展趋势[J]汽车科技.2009（01）：42.

（作者单位：中机科（北京）车辆检测工程研究院有限公司）