基于交通事故分析的翻滚保护开发研究

2023-03-30王月周大永蒋莲花唐莉常晓宇王瑞卓

时代汽车 2023年6期

王月周大永蒋莲花唐莉常晓宇王瑞卓

吉利汽车研究院（宁波）有限公司浙江省宁波市 315336

1 引言

汽车翻滚是一种致死率非常高的交通事故形态[1、3]。特别是SUV 车型因SSF（Static Stability Factor）偏小，发生翻滚事故的倾向性相对较高[1-7]。然而，世界各国对于翻滚保护的评价标准并不完善，仅美国《联邦机动车安全标准》FMVSS208 的翻滚试验中有简单的评价描述试验假人的各个部位均应约束于车辆乘客舱外表面之内，该要求仅适用1973 年9 月1 日至1986 年9 月1 日期间生产的车辆，目前要求国内也缺少类似强制性标准。根据中国交通事故深入调查数据库（China In-Depth Accident Study，CIDAS）统计数据显示，在造成乘用车车内人员伤亡的事故中，涉及翻滚的事故比例达到17.2%，与侧面碰撞、追尾碰撞这类常见事故形态是同一量级[4-8]，如图1 所示。从伤亡严重度上看，如图2 所示，翻滚事故受伤率为55.6%，死亡率为10.9%，远高于正面、侧面、追尾等。从伤害部位来看，头部、胸、四肢是乘用车翻滚时乘员受伤最多的部位，头面部占40.5%，胸部占14.7%，四肢占28.6%，如图3 所示。因此，建立翻滚保护开发工况开展车辆安全性研究十分必要。

图1 乘用车碰撞形态及占比分布

图2 乘用车不同事故形式伤亡分布

图3 翻滚事故中身体各部位损伤占比分布

本文以CIDAS 交通事故统计为基础，总结了翻滚保护开发的典型工况，分析了各类工况适用的场景，并对其中的螺旋翻滚工况进行了详细的分析研究，从工况的仿真分析到最终的验证。

2 交通事故分析及工况定义

基于CIDAS 数据库、售后反馈及网络报道等来源对翻滚事故案例进行分析，可将翻滚归纳为以下几种：①绊翻；②螺旋翻滚；③边坡翻滚等。针对这几类事故统计如图4，发现绊翻事故占比较多，约33.8%，其次为螺旋翻滚和边坡翻滚，占比相当，为19.4%，再次为弹翻，占比16.9%，而其类的事故汇总占比10.4%。

图4 事故统计分类及占比

绊翻模拟当车辆高速行驶时，一侧轮胎与路沿或障碍物发生碰撞导致车辆发生翻滚。

图5 绊翻示意

图6 螺旋翻滚示意

螺旋翻滚模拟车辆达到一定时速，两侧前轮驶入不同水平的路面此时两轮胎的中心连线与水平面有一定夹角，导致车辆发生翻滚。

边坡翻滚模拟车辆两侧轮胎受力状况完全不相同，一侧失重且力向下，另一侧受到斜面的支撑导致车辆发生翻滚。

图7 边坡翻滚示意

3 结构仿真分析研究

基于对实际事故调研结果，将事故场景转化成可分析的工况，由于翻滚工况的复杂性，很难通过单一软件对其运动姿态及变形损伤进行模拟[9-11]，因此在进行仿真分析时将多体动力学仿真与碰撞仿真相结合进行分析模拟。

3.1 工况介绍

螺旋翻滚即车辆已一定速度驶入单边桥，单边桥第一段尺寸和角度是固定的，由于第二段的角度是可变化的（如图8），因此车辆行驶过后会出现不同的状态，即不翻、临界翻滚、翻滚。仿真分析中结合车的重量、质心位置等，采用多体动力学分析确定试验角度。

图8 螺旋翻滚壁障尺寸及壁障示意图

3.2 仿真分析研究

基于整车质心，前后轴荷分配，转动惯量，轴距，轮距，侧倾中心，侧倾刚度等参数和多体仿真所需关键部件弹簧，减震器，稳定杆，衬套，缓冲块等搭建多体动力学模型，如图9所示。

图9 多体动力学模型

运用该模型分析确定车辆侧翻的临界角度，试验方法：将车辆静置于台架上，以0.1°/s（准静态）的速度倾斜，直到右侧轮胎力为0 时结束。

从图10 可见，当倾斜角为47.5°时，此时右轮受力为0，即47.5°为静态侧翻角临界（最大）值。基于此分析结果，设定螺旋翻滚第二段角度为15°，将不同速度的试验工况进行分析，分析结果如图12 所示，从中可以看出，当车辆速度为40km/h 时，车辆可以通过，未发生翻滚；当车速达到43km/h，车辆发生翻滚。