新型汽車碰撞吸能方法及其應用

新型汽車碰撞吸能方法及其應用

湖南大學曹立波主要內(nèi)容主被動結(jié)合汽車碰撞吸能方法逐級汽車碰撞吸能方法研究意義國內(nèi)外正在研究的主動安全技術(shù)主要是采取一些電子監(jiān)測系統(tǒng)，判斷事故發(fā)生的可能性。當事故可能發(fā)生時，采取相應的避讓措施來避免事故的發(fā)生。雖然相關(guān)研究已取得較大的進步，但由于交通事故的突發(fā)特性，使得以預防事故發(fā)生為目的的主動安全技術(shù)只能避免5％～15％的事故。因此，提高汽車被動安全性或綜合利用汽車主動安全技術(shù)與被動安全技術(shù)來提高汽車的防撞性仍然是非常重要的。工作原理:采用與保險桿連接在一起的金屬薄壁吸能梁作為主要吸能部件，當由駕駛員控制或系統(tǒng)自動判斷到碰撞事故不可避免時,推動裝置將吸能部件推出車前并將其限位,通過吸能梁的壓潰變形吸收碰撞能量。該吸能裝置解決了“為提高車輛碰撞吸能特性必須盡量增加變形吸能空間與車內(nèi)吸能空間受到限制”的矛盾，通過主動向外增加變形吸能空間，達到提高車輛的碰撞安全性的目的。該裝置已經(jīng)獲得了國家發(fā)明專利ZL02139876.3。主被動結(jié)合碰撞吸能方法可行性分析吸能特性的仿真研究采用多剛體與有限元耦合計算的方法，利用MADYMO軟件分別對裝備有該吸能裝置及未裝備該吸能裝置的汽車在正碰、側(cè)碰及與行人碰撞過程中的碰撞特性進行了模擬對比分析。

正碰仿真

(50Km/h)動態(tài)響應過程對比未裝吸能裝置的正碰模型裝有吸能裝置的正碰模型碰撞加速度曲線對比結(jié)果比較：安裝有該裝置時車輛碰撞加速度峰值由414.4（m/s2）降到了315.4（m/s2）,降低了23.90%。吸能裝置的變形吸能長度達到300多毫米，使車輛的吸能緩沖時間增加25ms左右，速度從13.33m/s降到10.61m/s，吸收了車輛碰撞動能的36.65%。當碰撞速度低于20km/h時，該吸能裝置可以吸收所有碰撞能量，從而使汽車其它車身結(jié)構(gòu)免受損失。

側(cè)碰仿真

模擬動態(tài)響應過程對比（碰撞速度：50km/h）對于側(cè)面碰撞而言，由于被撞汽車能夠用于緩沖和吸能的區(qū)間十分有限，現(xiàn)有的大多數(shù)汽車結(jié)構(gòu)設計都難以提供較好的耐側(cè)撞性能，乘員在側(cè)面碰撞事故中更加容易遭受傷亡。以2005年我國發(fā)生的交通事故為例，正面碰撞造成的傷亡人數(shù)占26.9%，而側(cè)面碰撞占32.3%。由于該裝置能夠在撞擊車輛之間增加緩沖吸能的空間，通過吸能梁的變形吸能使被撞車輛受到的沖擊得到降低，從而可有效減輕乘員受到的傷亡。兩車的相對運動速度曲線對比安裝有該吸能裝置時兩車的相對運動速度曲線變化更加平緩，從碰撞開始接觸到兩車開始分離的碰撞過程，即從相同的初始相對速度14.17m/s運動到0m/s的時間由43ms增加到74ms，變形吸能的時間增加了31ms。假人損傷參數(shù)的比較假人骨盆橫向加速度胸腔脊柱下部(LowerSpine)橫向加速度胸腔脊柱上部(UpperSpine)橫向加速度加速度峰值（m/(s**2)）

骨盆橫向加速度

脊柱上部橫向加速度

脊柱下部橫向加速度

無吸能裝置2628.1819.41884.35有吸能裝置881.95579.94

913.4降低66%29%51%

行人碰撞仿真

動態(tài)響應過程對比（50百分位男性）分別對5百分位小個女性、50百分位男性及95百分位大個男性行人進行了碰撞模擬分析和比較。由于大部分行人碰撞事故都發(fā)生在45km/h以下，所以仿真碰撞速度都取32km/h。行人頭部損傷比較50百分位男性5百分位小個女性95百分位高個男性不同行人50百分位男性5百分位女性95百分位男性損傷參數(shù)頭部加速度峰值HIC頭部加速度峰值HIC頭部加速度峰值HIC無該裝置12901259155114791103899有該裝置1055610974435485223仿真分析結(jié)論：該裝置通過吸能梁的變形吸能和安全氣囊的緩沖作用能夠?qū)囕v乘員及行人在不同類型的碰撞事故中起到明顯的安全保護作用。

第一代裝置臺車實驗已初步開發(fā)了兩代吸能裝置的機械部分及控制部分，對開發(fā)的該吸能裝置分別進行了臺車和實車安裝實驗。

試驗研究實驗結(jié)論：臺車和實車安裝實驗表明，該控制系統(tǒng)及吸能裝置能在汽車上正常運行。但安裝不太方便,性能需改進.

第一代裝置實車安裝試驗2007年開始,在國家自然科學基金的支持下,與長豐汽車制造股份有限公司開始合作在獵豹飛騰汽車上進行從新設計改裝.

第二代裝置實車安裝試驗逐級碰撞吸能方法微型車在中國具有很大市場。其前部結(jié)構(gòu)與轎車存在明顯差異。從造型的角度看，其前部長度不宜過長。通常希望在盡量短的長度內(nèi)達到碰撞安全性要求。微型車中，通常采用矩形薄壁縱梁作為吸能梁。然而，矩形梁在碰撞初期通常會產(chǎn)生一個加速度峰值。然后，隨著結(jié)構(gòu)屈服，碰撞加速度又會出現(xiàn)一個波谷。這個過程不能滿足均勻吸能的要求，特別是不利于在最短長度內(nèi)達到吸能效果。為了在較短的長度內(nèi)達到吸能效果，可以適當增加壁厚。然而，增加壁厚會使結(jié)構(gòu)屈服更加困難，加速度峰值將更大。同時，增加前端壁厚可能使縱梁后段先屈服，產(chǎn)生不正常的變形模式?？v梁整體加強又會增加成本與重量。理想的方法是盡量減少波峰波谷變化，使碰撞加速度趨于均勻。為此，可以在吸能梁內(nèi)部適當?shù)奈恢迷O置1～2塊加強板，使其在碰撞過程中的適當時候參加吸能，達到逐級吸能的效果，有效地填充加速度波谷。該方法已申請發(fā)明專利。計算機仿真分析

1、模型建立首先利用矩形梁模型來研究逐級吸能效果模型驗證矩形梁模型的驗證臺車實驗加速度曲線對比逐級吸能梁參數(shù)研究結(jié)果縱梁變形B-柱加速度曲線

較理想的方案乘員損傷分析損傷參數(shù)HIC36VCChestD原車型792.740.1594734.039改進車型664.200.199535.866損傷參數(shù)N_M(Nm)FFCL(N)FFCR(N)原車型105.22697.12567.9改進車型106.782662.52571.6從下表可以看出，HIC值有所減小，頸部彎矩、VC和ChestD有所增加，大腿力變化很小。所有損傷參數(shù)均在法規(guī)要求范圍內(nèi)。改進方案的整車碰撞實驗碰撞速度為48.6km/h。碰撞實