汽車安全結構與碰撞論文

1、*畢 業(yè) 論 文題目:汽車安全結構與碰撞專業(yè):班級:學號:姓名:指導老師:日 期:摘要本文介紹了在汽車碰撞事故中,車身不同部位的剛性對其安全性有不同的影響提出了合理的車身剛性設計結構,即前后部為彈性中部為剛性結構。闡述了車身骨架以及強化鋼梁在汽車碰撞時的作用。分析了在汽車發(fā)生前部撞擊，側面撞擊，后部撞擊時受力的傳導。以及汽車噴漆對汽車保護的作用關建詞：汽車車身、汽車碰撞、車身變形 目錄引言1一車身結構簡介21.1非承載式車身21.2承載式車身21.3半承載式車身2二汽車車身結構的安全性22.1前部能量分散、吸收構造32.2側面能量分散、吸收構造42.3后部能量分散、吸收構造42.4保險杠52.

2、5前發(fā)動機罩5三汽車碰撞時受力的傳導63.1正面碰撞63.1.1按照歐洲的ncap規(guī)程進行的正面碰撞：63.1.2按照美國的ncap規(guī)程進行的正面碰撞：73.1.3在正面碰撞時受力的傳導：73.2側面碰撞83.2.1按照歐洲ncap規(guī)則的側面碰撞：83.2.2按照美國的lincap規(guī)則的側面碰撞：83.2.3在側面碰撞時受力的傳導：93.3車尾部碰撞93.3.1在車尾部碰撞時的受力傳導：10四安全車身的發(fā)展10結論:12引言一種現(xiàn)代的汽車車身必須符合很多的要求。汽車的車身，最初主要是單純地用來防風擋雨的，但現(xiàn)在，作為對車的形態(tài)和功能都有很大影響的基本骨架，已經(jīng)逐漸變?yōu)橐豁検种匾睦?。對于現(xiàn)

3、在的車身，除了要求能夠保舒適安全的個人空間、良好搭載動力裝置之外，還要求其有高強度、最優(yōu)化利用變形量、特別剛性的座艙、在座倉內部最大限度的給乘客提供空間、前部的布局要非常緊湊、高效的護身制動系統(tǒng)、具備靚麗的外形設計等。為了最優(yōu)地實現(xiàn)所有的上述的要求，在設計布局的時候要給予特別的注意車身安全與舒適的兼容性。 一車身結構簡介 一般來說，車身結構被分為以下幾種類型1.1非承載式車身將發(fā)動機和懸掛系裝置等安裝在用厚板做成的車架上，并在該車架上通過橡膠緩沖支架等安裝車身的構造,由于車身和車架之間是通過橡膠制緩沖材結合的，所以來自發(fā)動機和路面等的震動、噪音不易傳到車身上，從而提高駕乘的舒適性。1.2承載式

4、車身 承載式是指類似于雞蛋單體的外殼，通過車身外板和框架組等使得應力被廣泛分散出去。乘用車多采用車室部較堅固，由前后部分來吸收大部分撞擊能量的構造。承載式車身的汽車沒有剛性車架，只是加強了車頭、側圍、車尾、底板等部位，發(fā)動機、前后懸架、傳動系統(tǒng)的一部分等總成部件裝配在車身上設計要求的位置，車身負載通過懸架裝置傳給車輪。承載式車身除了其固有的乘載功能外，還要直接承受各種負荷力的作用。承載式車身不論在安全性還是在穩(wěn)定性方面都有很大的提高，它具有質量小、高度低，裝配容易，高速行駛穩(wěn)定性好等優(yōu)點，但是產(chǎn)生的噪聲和振動相對較大，大部分轎車采用這種車身結構。1.3半承載式車身只是一種介于非承載式車身和承載

5、式車身之間的車身結構，因此被稱為辦承載式車身。它的車身為半承載式車身。它的車身本體與底價用焊接或螺栓剛性連接，加強了部分車身底架上，車身與底架成為一體同承受載荷。這種形式實質上是一種無車架的承載式車身結構。因此通常人們只將汽車車身結構劃分為非承載式車身和承載式車身二汽車車身結構的安全性 安全車身是在這三種車身結構的基礎上，有針對性的對其安全性進行改進與優(yōu)化。在事故調查中，正面及側面碰撞造成乘員死亡的比例是最大的。經(jīng)計算可知，在車速8kmh發(fā)生碰撞時這部分能量占總碰撞能量的70。因此，在發(fā)生正面碰撞時，車身前部結構吸能與車室變形關系重大。所以，首先應該對汽車車身前部和側面結構進行優(yōu)化。安全車身應

6、該包括：前后碰撞變形區(qū)和高強度乘員艙。前后碰撞變形區(qū)應擁有柔軟的吸能區(qū)吸能區(qū)在正面碰撞中變形越大，對于碰撞能量的吸收就越多，產(chǎn)生二次碰撞的能量也就越小，可以盡可能小的避免撞擊力傳到乘員艙中。同時應采用高強度乘員艙，保證碰撞后乘員艙的有效空間避免乘員受到擠壓，減少乘員受傷的危險。特別是在遭受側面碰撞時由于轎車側面與外界只有一扇車門之隔，因此車門的抗沖擊能力和乘員艙的框架強度成為保護乘員的根本。除此之外，車身的材料對其安全性同樣起的非常重要的作用。安全車身結構通過使用不同強度的鋼材分為：普通、高強度、超高、特高四種。將車身的前后分為多個變形吸能區(qū)域乘員艙用超高強度鋼，保證其強度，在側面增加了特高強

7、度鋼的加強筋，將側面碰撞力有效地轉移到車身具有保護作用的梁、柱、地板、車頂及其他部件，使撞擊力被這些部件分散、吸收，從而極大限度地把可能造成的損害降低到最小程度。安全車身通過吸能變形區(qū)的設計讓車體的前部在碰撞時吸收大部分能量讓堅固的乘員艙盡量減少變形以避免乘員受到擠壓。最重要的是要使以下三種情況得到保證：1發(fā)生碰撞后乘員艙的變形量極小或者不變形車身前部變形明顯發(fā)動機蓋向上翹彎，葉子板也向兩旁彎曲，發(fā)動機室里的機件則向上方及兩側移動，惟獨不朝客艙的方向潰縮。如圖3所示的陰影線部分就是撞車變形的理想?yún)^(qū)域。2碰撞后車門是否能順利打開：車廂的剛性結構，在將傳至乘員的沖擊力減小的同時也使車廂的變形減至最

8、小。這樣能夠保護乘員艙的完整性及保護乘員安全逃離。既要防止汽車發(fā)生側面碰撞時車門自動打開，又要保證碰撞后車門能夠容易開啟，以利于乘員的車外救護。3能量吸收機構是否可以降低對成員造成二次碰撞的撞擊力：把沖撞力切斷、吸收，再經(jīng)由整體式車身，把力量均勻分散至車身各部分骨架?，F(xiàn)代車身的安全設計以自我犧牲的方式當車子在重撞擊的瞬間，盡可能降低內部空間的變形程度，最大限度保護坐艙中的乘駕者。2.1前部能量分散、吸收構造為了能夠合理分散、吸收前部碰撞時的能量，強化了前部骨架并利用汽車前部的壓潰變形吸收能量，以緩解碰撞加速度，汽車前部(特別是縱梁)常設計威s形縱梁或y形縱梁。（如圖2.1）圖2.1強化了前部骨

9、架2.2側面能量分散、吸收構造為了能夠合理分散、吸收側面碰撞時的能量，強化了側面構造并采用了適當?shù)难a強（如圖2.2）增加車門強度，采取的具體辦法有增加板厚或增加防撞橫梁；增加側圍物件的強度包括增大a柱、b柱、c柱的截面形狀及板厚；增加門檻梁強度，增強措施包括增大承載面積；在車身b立柱高度上安裝橫梁系統(tǒng)，在儀表板下面以及后風窗下面安裝加強橫梁；合理設計門鎖及門鉸鏈，有利于將車門所受的撞擊力有效地傳給立柱。圖2.2強化了側面2.3后部能量分散、吸收構造為了能夠合理分散。吸收后部碰撞時的能量。強化了后梁（如圖2.3） 圖2.3強化了后梁2.4保險杠汽車保險杠是吸收和緩和外界沖擊力、防護車身前后部的安

10、全裝置。據(jù)關教授講，許多年以前汽車前后保險杠是用鋼板沖壓成槽鋼，與車架縱梁鉚接或焊接在一起的，與車身有一段較大的間隙，看上去十分不美觀。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展和工程塑料在汽車工業(yè)的大量應用，汽車保險杠作為一種重要的安全裝置也走向了革新的道路。今天的轎車前后保險杠除了保持原有的保護功能外，還要追求與車體造型的和諧與統(tǒng)一，追求本身的輕量化。目前轎車的前后保險杠都是塑料制成的，人們稱為塑料保險杠。塑料保險杠具有一定強度、剛性和裝飾性，在汽車發(fā)生碰撞事故時能起到緩沖作用，保護車體、燈具、乘客等不受損傷。從外觀上看，可以很自然地與車體結合在一塊，成為裝飾轎車外型的重要部件。 2.5前發(fā)動機罩發(fā)動機罩，是指覆

11、蓋了發(fā)動機室的可能進行開閉的罩子。發(fā)動機罩外板，發(fā)動機罩內板以及加強件類兩面都采用電鍍鋼板。使其具有足夠了的防銹功能。此外，還采用了發(fā)對機蓋隔音材料，以提高發(fā)動機外板的隔熱和安靜性。在小型車系列的一部分車型當中，采用了鋁制發(fā)動機罩。發(fā)動機罩內板和外板的四周以折邊連接取代焊接。為了確保發(fā)動機罩鉸鏈和發(fā)動機罩、鎖支架的剛性和強度，將加強梁點焊于內板上。在發(fā)生碰撞時，發(fā)動機罩由受到撞擊而發(fā)生彎曲變形，這也是汽車發(fā)生碰撞時吸收能量的一個重要部件，而不是把它做得很堅硬（如圖2.5）。圖2.5 前發(fā)動機罩三汽車碰撞時受力的傳導為了保證對車內人員和內部物品的在碰撞時有最大的安全，在富士公司的車身開發(fā)和研制中

12、注重了下列的事宜：- 承載的結構有高強度- 最優(yōu)化利用變形量- 特別剛性的座艙- 在座倉內部最大限度的給乘客提供空間- 前部的布局要非常緊湊- 高效的護身制動系統(tǒng)除了下面講的條件外，在斯巴魯?shù)能嚿砩厦孢€要實現(xiàn)最低車身重量的要求。碰撞試驗時按照法律的要求進行的真正仿真的試驗。實際的事故狀態(tài)在實驗室內事先是難以預測的，所以在車身開發(fā)和研制中要分析公司原來的有關事故的調查資料。只有能夠達到這些要求的車才是用戶滿意的車。采用在實驗室內再現(xiàn)式的碰撞試驗，可以使車身的結構和乘客護身系統(tǒng)實現(xiàn)優(yōu)化，以便讓乘客在車禍的時候得到最大限度的防護。3.1正面碰撞正面碰撞有兩種，一種針對美國的，一種針對歐洲的目的都是為

13、了盡可能最真實表現(xiàn)車禍事故的狀況。兩種方法是有區(qū)別的。3.1.1按照歐洲的ncap規(guī)程進行的正面碰撞：在歐洲的ncap規(guī)程里面，車速是以64 km/h的車速開行, 40 %的障礙物橫在正面，車內有四個假人，兩個成年人，一個三歲小孩和一個六歲小孩，障礙物是可變形的鋁制管架（如圖3.11）。圖3.1.1 按照歐洲的ncap規(guī)程進行的正面碰撞3.1.2按照美國的ncap規(guī)程進行的正面碰撞：在美國的ncap規(guī)程里面，車速是以56 km/h的車速開行, 100 %的障礙物橫在正面（如圖3.1.2）。內有兩個假人，障礙物是全剛性不可變形的。但在美國還可以按照高速公路安全保險協(xié)會的規(guī)定試驗，也即車速也是以6

14、4 km/h的車速開行，40 %的障礙物橫在正面。在這兩種方式里面，對于不同的地區(qū)把單項傷害評估和總體傷害評估放在一起就是進行的評估的主要準則。圖3.1.2 按照美國的ncap規(guī)程進行的正面碰撞3.1.3在正面碰撞時受力的傳導：在正面碰撞時外力經(jīng)過保險杠的支架傳進車身。固定在保險杠撐架上的抗碰撞件把力又傳到發(fā)動機支撐座上。它和前橋撐架以及彈簧減震支座一起會產(chǎn)生碰撞后的變形。車和障礙物的碰撞接觸面較小的時候，這些力經(jīng)過橫梁從保險杠側面抗碰撞件，前板和前橋支撐座傳導分配到車的左右兩面。然后，受的力再同時經(jīng)過發(fā)動機支撐座傳導到底板組件，經(jīng)過發(fā)動機到正面板加強板到變速箱通道，經(jīng)過車輪傳到輪罩內的門檻加

15、長件的可變形件，傳到a柱加強段和側面框架上（如圖3.1.3）。同樣的重要傳導路徑是，承受的負荷經(jīng)過彈簧減震座和輪罩上的支撐座傳到側面框架上。經(jīng)過在彈簧支撐座后面的可變形范圍區(qū)限定了傳到在a柱上的力，在a柱周圍區(qū)間乘客座艙不受力。圖3.1.3在正面碰撞時受力的傳導3.2側面碰撞歐美的方法是不一樣的。ncap “新車評估規(guī)劃”對車的結構和乘客護身系統(tǒng)提出了最高的要求。在前兩種方法里面，都是采用兩個假人，一個在司機座位上，另外一個在司機座位后面。在這三種方法中，對于不同的地區(qū)把單項傷害評估和總體傷害評估放在一起就是進行的評估的主要準則。另外這些試驗還使人們了解了可能會受到很高負荷的一些局部的結構部件

16、的一些特性。3.2.1按照歐洲ncap規(guī)則的側面碰撞：在按照歐洲ncap規(guī)則的側面碰撞，以50km/h的速度，在司機座位一側的可變形的鋁制管架障礙物和車進行碰撞（如圖3.2）。圖3.2按照歐洲規(guī)則的側面碰撞3.2.2按照美國的lincap規(guī)則的側面碰撞：這個規(guī)則的英文全文是lincap lateral impact new car assessment progam ，即新車側面碰撞規(guī)劃。碰撞障礙物的速度為38.5mph（每小時邁），角度為27 度（如圖3.2.1）。圖3.2.1按照美國的lincap規(guī)則的側面碰撞3.2.3在側面碰撞時受力的傳導：如果在側面碰撞是行駛的障礙物碰撞到車上，首先是

17、碰撞力傳到車門加固板和門鎖上面，然后傳到a柱，b柱和c柱上進行分擔。在繼續(xù)變形時再傳到在b柱和c柱的車門加固板的保險掛鉤。此外由于構件已經(jīng)相互擠壓也使車門內板壓到門檻上，側面車身面板被壓死。這就使框架的座艙內受力變形（如圖3.2.2）。如果這種擠壓變形繼續(xù)加大的時候，門檻上的力就繼續(xù)傳給座位下橫梁板，再傳給連接板梁，變速箱支撐座和底板板梁直到車身的另外一側，同時對頂棚也加力了。對于不帶天窗的車身來講頂棚向另外一側傳力，對于帶天窗的車身則是由很高強度的天窗分擔了很大一部分力量。如果b柱靠在座椅旁，則高剛度的座椅框架會傳到車的另外一側。圖3.2.2在側面碰撞時受力的傳導3.3車尾部碰撞按照美國的法

18、律，聯(lián)邦各州機動車安全標準，尾部碰撞是70的碰撞面，碰撞物的速度是50mph（每小時邁）（80km/h），它的質量為1368kg（如圖3.3）。障礙物上帶有可變形的鋁合金管架。碰撞試驗是在油箱加油口側進行，也用于對燃料加油系統(tǒng)的密封進行檢驗。另外也檢測了在這種負載下的車結構，座椅結構，后橋和行李廂里面的各個部件的情況。圖3.3 按照美國規(guī)則的尾部碰撞3.3.1在車尾部碰撞時的受力傳導：在障礙物和車的尾部相碰撞時，碰撞力經(jīng)過保險杠架子可變形構件分配到車的兩邊。在碰撞速度大約是15km/h的時候，這些被碰撞的可變形構件非常容易更換，費用不高。在更高的速度時則會使縱向支撐架產(chǎn)生變形。這個力再經(jīng)過后橋

19、支撐和車輪子，在全車身寬度上分布，作用在后部底板和門檻成形構件上。在車身側板后上部區(qū)域有受力分布和力的衰減變化。力傳導到c柱上，再到頂棚，一部分傳到車門，向前傳遞（如圖3.3.1）。在側面框架的高負載區(qū)域和后橋支撐架連接處還有附加的加強構件。還有一部分力要傳到萬向軸，到發(fā)動機和變速箱以及排氣裝置和電池上面。在萬向軸的區(qū)間有專門的可變形件。鋁制的萬向軸在中間軸承上有錐形法蘭，但鋼制的萬向軸帶有外罩長管。由于油箱是在后橋前面的最佳位置，在尾部碰撞時不會對油箱有損壞。圖3.3.1 在車尾部碰撞時的受力傳導四安全車身的發(fā)展富士公司已經(jīng)對安全身進行了研究，包括剛性乘員單元和車頭、車尾部的變形區(qū)域，并將其安全車身注冊專利。隨著技術不斷發(fā)展，各大廠商不斷在車身安全性方面進行研究。如豐田公司的碰撞安全性車身goa和本田公司的g-con車身技術等。豐田公司的goa車身技術采用最新的有限元法和計算機