汽车正面角度碰撞实验方法对比分析研究

王庆龙 陈连鹏 陈景然

摘要：汽车正面碰撞在实际交通事故中是很常见的一种事故形态。目前国内外针对汽车正面角度碰撞的试验标准和法规并不多，主要有美国FMVSS208法规中的30°斜角碰撞和美国高速公路安全管理局NHTSA推出的（OMDB）试验。30°斜角碰撞是FMVSS208法规体系中的一种试验形式，目的是验证安全气囊在乘员不佩戴安全带的工况下对乘员的防护效果，关注点是降低安全气囊对乘员的额外伤害。NHTSA针对美国小重叠率碰撞、斜角碰撞、钻撞等事故中乘员伤亡大的情况，推出OMDB测试工况，目的是提高车辆对乘员在上述事故中的保护效果，并计划将该工况引入USNCAP美国新车评价规程中。

关键词：汽车正面角度碰撞;实验方法;对比分析

引言

随着汽车保有量的不断增加，汽车安全越来越被消费者重视，人们更多的是比较关注乘用车的安全问题，对小、轻型载货汽车的安全问题关注则相对较少，且汽车厂商在这些车型的碰撞安全方面的研发投入又很少，导致小、轻型载货汽车事故率高、事故伤害大。由于这些车型的优点，在市场中有着不可或缺的地位。所以这类货车的安全问题已经引起了社会各方面的共同关注。

1中国汽车正面角度碰撞研究现状

美国在FMVSS208法规中的30°斜角碰撞和OMDB规程的推动下，车辆角度碰撞的乘员保护将会日益完善。而我国交通道路上每年发生大量角度碰撞事故，但并未开展类似FMVSS208中的30°斜角碰撞和OMDB的角度碰撞试验，值得相关部门引起重视，角度碰撞标准的建立也亟需解决。我国关于汽车正面碰撞的国家标准为GB11551-2014《正面碰撞乘员保护》和GBT20913-2007《乘用车正面偏置碰撞的乘员保护》。此外，中国新车评价规程C-NCAP的正面碰撞规程包含100%正面全宽刚性壁障碰撞、40%偏置碰撞和MPDB试验。但这些国标和规程均没有涉及角度碰撞，有直接规定角度碰撞的国标是GB11552-2009《乘用车内部凸出物》，标准要求车辆在滑车上进行±18°角度碰撞，碰撞过程中仅是检查约束系统对乘员的保护情况，确认乘员是否与内饰件接触，但不采用乘员试验数据進行评价。

2正面角度碰撞标准法规对比分析

2.1碰撞形态

汽车正面碰撞形态主要通过碰撞速度、试验车辆与壁障的碰撞角度，以及车辆和壁障的偏置率来体现。30°斜角碰撞是美国FMVSS208法规中为成年男性乘员设置的一种碰撞测试工况，试验车辆以20～25mph（30～40kph）的速度与30°斜角刚性壁障发生碰撞。试验时，左侧30°和右侧30°两种形式，试验车辆均需要进行测试。OMDB是采用移动可变形壁障台车以90km/h的速度，与静止试验车辆发生15°的角度碰撞。OMDB为让A柱遭受更大载荷并侵入驾驶舱，试验车辆与壁障台车的偏置率设为35%。为保证车辆左右侧的碰撞安全均匀性，OMDB同样设有左侧15°、右侧15°两种碰撞形态。纵观各国正面碰撞测试标准，OMDB在试验速度、碰撞角度、碰撞偏置率等方面都是非常严苛的。

2.2碰撞测试

优化前的整车碰撞性能较差，导致其碰撞加速度偏大。车架纵梁为槽型结构，碰撞变形不稳定。车架前部无溃缩吸能结构，纵梁弯曲变形多，轴向压溃变形少，吸能效率低，变形模式不合理，车架吸能效果较差。碰撞能量通过纵梁传递到落差位置，由于存在落差，所以容易产生折弯失效变形。落差位置一旦折弯失效，车架失去有效支撑，能量就不能继续被车架有效吸收，致使驾驶室受力变形严重，前围板侵入量过大，乘员舱生存空间被压缩，影响乘员安全。转向系统安装在车架左前端，由于转向管柱下轴不能滑动，导致方向盘后移量较大，会进一步增加假人伤害。

3优化后车辆碰撞分析

3.1汽车前纵梁结构优化设计

汽车正面碰撞过程中，前纵梁是重要的吸能承载结构件，直接对整车的安全性起到重要影响。正面碰撞分为100%重叠和偏置碰撞两种，实际中，绝对的完全重叠碰撞很少发生，最常见的是偏置碰撞工况，这就造成远离壁障侧的前纵梁受到的力并非完全轴向，使得前纵梁发生弯曲变形;弯曲变形使得前纵梁失去原有的轴向承载能力，起不到吸能保护乘员的作用。因此，对影响前纵梁折弯变形的因素进行分析，通过相关参数优化设计，提升此种工况下的承载能力，对提升前纵梁吸能特性具有重要意义，也是近年来研究人员研究的重要课题之一。针对前纵梁碰撞吸能过程进行分析，搭建有限元分析模型，对前纵梁的失效形式进行分析，折弯变形失效发生时，前纵梁失去承载吸能作用;临界角是发生折弯变形的重要指标;分析影响前纵梁弯曲变形临界角的影响因素，并获得影响规律。

3.2第一横梁

第一横梁在优化前基础上X向前移，横梁呈槽型，中间开通风减重孔，两端各有五个固定点与纵梁上下翼面连接，横梁布置在前簧前支座总成硬连接的前方，预留一定的溃缩空间有利于碰撞能量的吸收。右纵梁加强板和左纵梁前部加强板通过铆钉和螺栓铆接、螺接成一体，形成内外扣合的结构，车架前端在X向强度弱化的同时，能保证前部的扭转和弯曲刚度，以满足前板簧前安装点受力和使用的可靠性。前板簧悬架底盘结构的载货汽车，由于前板簧的结构原因，在车辆发生碰撞时，转向横拉杆总成和前钢板板簧总成可以提供X向支撑力阻碍汽车前部结构的溃缩，降低整车吸能效果，会导致车身B柱加速度过高和乘员舱侵入量过大，对乘员造成人身伤害。采用上述结构后，通过对纵梁前端结构X向强度的弱化和在硬连接前预留溃缩空间，从而提供了一种有利于提高整车碰撞被动安全性的载货汽车碰撞结构。当汽车受到高速碰撞时，第一横梁和扣合位置处的溃缩孔结构对能量进行充分的诱导变形和吸收，降低碰撞初始阶段的加速度，将剩余能量通过车架纵梁和车身纵梁传递到车身上，从而显著的提高车架和车身的吸能效果，有效地降低碰撞加速度，有利于提高载货汽车的被动安全性能。

结束语

我国对于汽车正面角度碰撞研究还只是起步阶段，涉及到的角度碰撞机理、乘员损伤特点并不清晰，国家标准规范的建立还需要大量的理论研究和实践作为支撑。

参考文献：

[1]宋增峰，赵晓昱，段端祥，等.基于滑车碰撞试验的轿车座椅骨架轻量化研究[J].2018，32（03）：250-255.

[2]孟礼.某汽车座椅的结构分析与模态优化[D].重庆大学，2018.