汽车工程 ２００８年（第３Ｏ卷）第１１期 Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ２００８２１０ 轿车侧面碰撞安全性能改进措施探讨 李碧浩，杜汉斌，卓鹏，王大志，汤晓东 （上汽股份技术中心，上海２０１８０４） ［摘要］介绍了通过改进车身结构来改善轿车侧面碰撞安全性能的措施：车身侧面结构采用高强度钢、采用 填充技术和结构优化技术，并对某车型结构改进实例进行仿真分析，验证了上述结构改进措施的有效性。 关键词：轿车；侧向抗撞性能；改进措施 Ａ Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ Ｍｅａｓｕｒｅｓ ｆｏｒ Ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ Ｃａｒ Ｃｒａｓｈｗｏｒｔｈｉｎｅｓｓ ｉｎ Ｓｉｄｅ Ｉｍｐａｃｔ Ｌｉ Ｂｉｈａｏ，Ｄｕ Ｈａｎｂｉｎ，Ｚｈｕｏ Ｐｅｎｇ，Ｗａｎｇ Ｄａｚｈｉ＆Ｔａｎｇ Ｘｉａｏｄｏｎｇ ＳＡＩＣ Ｍｏｔｏｒ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０１８０４ ［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｆｏｒ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｃａｒ ｓａｆｅｔｙ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｉｎ ｓｉｄｅ ｉｍｐａｃｔ ｂｙ ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ ｉｎ ｂｏｄｙ ｓｔｒｕｃ－ ｔｕｒｅｓ ａｒｅ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．ｃｏｖｅｒｉｎｇ ｔｈｅ ｕｓｅ ｏｆ ｈｉｇｈ—ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｓｔｅｅｌ ｉｎ ｓｉｄｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｃａｒ ｂｏｄｙ ａｎｄ ｔｈｅ ａｄｏｐｔｉｏｎ ｏｆ ｓｔｕｆｆ ６Ｕ— ｉｎｇ ａｎｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ．Ａ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｉｓ ｐｅｒｆｏｒｍｅｄ ｏｎ ａ ｒｅａｌ ｅｘａｍｐｌｅ ｏｆ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｍｏｄｉｉｆ— ｃａｔｉｏｎ ｆｏｒ ａ ｃａｒ，ｗｈｉｃｈ ｖｅｒｉｉｆｅｓ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ ｏｆ ａｂｏｖｅ－ｍｅｎｔｉｏｎｅｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃａｒ；ｓｉｄｅ ｅｒａｓｈｗｏｒｔｈｉｎｅｓｓ；ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｍｅａｓｕｒｅｓ ３２．３％＿２ Ｊ。可见研究汽车侧面碰撞对改善交通安全 ＨｌＪ吾 至关重要。２００６年７月我国颁布执行的《汽车侧面 碰撞的乘员防护》法规中规定了车身变形的评价方 随着汽车工业的发展，汽车日益普及，交通事故 法，假人的头部、胸部、腹部、骨盆的伤害指数，为新 造成的伤害引起普遍的关注。研究表明，到２０２０ 车设计提出了指导性要求。 年，交通事故引发的疾病及伤害将成为全球疾病负 侧面碰撞过程中对于假人的伤害程度由假人的 担前１０大原因的第３位 ｊ，这将对汽车的安全性提 生存空间和侧面碰撞过程中传递给假人的撞击（即 出更高的要求。对我国汽车生产企业而言，近年与 二次碰撞）决定。此两方面的因素由撞击过程中生 外资企业产品的Ｃ－ＮＣＡＰ的普遍高分相比自主品牌 存空间的侵入量和侵入速度决定，故通过撞击过程 明显存在一定差距。提高汽车的安全性能对发展我 中车辆的侵入量和侵人速度可以评判侧面碰撞安全 国的自主品牌已经是必须跨越的一道门槛。文中对 性能的优劣。 提高轿车侧面碰撞安全性能的措施进行了探讨。 侧面碰撞过程中尽快地将侧向碰撞的能量从被 １ 侧面碰撞安全性能的评价及设计指 撞击侧传递到对侧是提高侧向碰撞被动安全水平的 关键。与正向碰撞不同，侧向碰撞时，撞击点与乘员 导原则 距离过小，无法在有效变形区域内吸收足够多的能 量以保护乘员，所以应设计相当数量的横向承载结 大量的交通事故是汽车发生侧面碰撞。以 构，加快侧向碰撞载荷的传递速度，同时优化侧围结 ２０００年我国发生的交通事故为例，正面碰撞事故占 构，有效控制侧围的变形方式，避开乘员易被伤害的 ２０．８％，而侧面碰撞事故占３４．４％。从伤亡情况看， 区域 引。 正面碰撞造成的伤亡人数占２６．９％，而侧面碰撞占 原稿收到日期为２００８年８月２９日，修改稿收到Ｌｔ期为２００８年９月２６日。 ・９５２・ 汽车工程 ２００８年（第３０卷）第１１期 有工艺工装无须改动，但由于国内应用较少，对其连 ２提高侧面碰撞安全性能措施 提高侧面碰撞性能可从车身整体结构安全性 能 和约束系统匹配两方面解决。 ２．１约束系统匹配 接可靠性没有把握。 乘员约束系统是车辆被动安全性的重要一环。 大量研究表明，与乘员生物伤害指标相关的主要是 仁 乘员约束系统。在车身设计确保碰撞过程中乘员有 足够的生存空间的基础上，约束系统的匹配不合理 同样也会对乘员造成严重的伤害，约束系统的合理 匹配对有效减少对乘员的伤害有重要意义。在侧面 碰撞中，与乘员约束有关的主要是与人体直接接触 的内饰、气囊等，而这些部件能否起到很有效的作 用，需要基于车辆侧围的结构安全设计。 ２．２车身整体结构安全性能 提高车身整体结构安全性能可通过优化更改结 构设计、不改变结构设计提高材料性能或通过增加 填充物质实现。 ２．２．１材料性能提高及填充物的添加 在改变车身结构比较困难的情况下，可通过对 撞击传力途径（如图１所示）上的关键部件提高其材 料性能。通过提高材料性能使车体变形侵入量减 少，更好地将撞击力由撞击侧传递到非撞击侧。目 前国外高强度钢、超高强度钢在车身上已经普遍应 用，但在国内，由于钢材性能和现有冲压模具的限 制，对高强度、超高强度钢在汽车上的应用有一定的 制约。 图１侧面碰撞传力途径示意图 填充方法也是一种不改变现有结构提高碰撞性 能的有效途径，也是解决ＮＶＨ问题的有效途径。填 充方法是在现有结构薄弱位置的空腔中，在不影响 相关零件的布置和功能的前提下，通过加入不同材 基的填充物质，利用发泡材料作连接剂，在现有工艺 工装条件下，利用发泡材料的性能，通过高温使其膨 胀起到连接作用，从而对结构局部的强度进行加强， 如图２一图３所示。这种方法的优点是实现简单，现 图２填充方法原理示意图 图３填充方法在车身上的应用 ２．２．２车身结构的优化更改 在更改现有车身结构时，通常最有效的方法是 增加适当的简单加强部件，并保证不影响其相关位 置原有部件的功能。这样不会大量增加制造和工艺 成本，有利于生产准备和优化比较，并且不影响现有 生产组织的进行。但究其根本原因是车身结构的设 计不合理，故设计师在车身结构设计时要充分考虑 到车身结构的安全性能。 ・ 在车门设计时，合理设计防撞梁及其支架、中部 加强板等横向传力部件，使其在撞击过程中能有效 地将撞击力传递到侧围，减少车门的侵入量。同时 优化车门与侧围的重叠范围，在碰撞时维持车门和 侧围结构保持良好的结合。门内饰的设计在满足功 能要求前提下，减少不必要的加强筋，从而减少二次 碰撞对乘员的伤害。 Ｂ柱的设计应最大化Ｂ柱位于窗框下方部分的 抗弯曲能力。避免Ｂ柱在乘员的胸部区域弯曲失 效。优化设计，引导Ｂ柱在碰撞时的变形方式，使得 Ｂ柱以一个平滑的方式产生弯曲变形。同时合理设 计Ｂ柱上、下端与车体的连接部位使撞击力尽可能 地通过地板横梁和车顶横梁向非撞击侧传递。 ２００８（Ｖｏ１．３０）Ｎｏ．１１ 李碧浩，等：轿车侧面碰撞安全性能改进措施探讨 ・９５３・ 车身横向承载结构的设计应保证横向承载结构 分析上述模型＿５ Ｊ，由于Ｂ柱强度偏弱、Ｂ柱下端 与门槛连接设计不合理、地板横梁截面不理想造成 侵入量偏大，改进措施为：对Ｂ柱部分零件材料强度 能有效地将撞击力传递到另一侧。合理设计横梁截 面，保持从一侧到另一侧的结构连续性。优化横梁 的接头设计，使得车身横向结构与纵向结构间保持 充分的连接。在障壁车的碰撞区域内布置足够的横 向承载结构。局部进行加强以加快载荷传递的速 度，稳定载荷传递路径的结构。 优化座椅设计和布置，使得座椅管柱处在碰撞 适当提高，同时对局部进行加强；ｘｆ Ｂ柱下端与门槛 连接进行更改，同时对地板横梁截面进行优化。改 进前后Ｒ点、腹部位置、肋骨位置的侵入量和侵人速 度对比如图６、图７所示。对比结果表明通过改进， Ｒ点、腹部位置、肋骨位置的侵入量都得到降低，同 障壁前端接触区域内。适当布置中央通道支撑件， 以传递座椅管柱的载荷。适当地对座椅管柱周围的 车身侧围以及门结构进行设计，以确保其与座椅管 柱能更早地接触。 ３实例 以某车型为例，对侧 面碰撞改进过程加以说 明。如图４所示，该车在 侧面碰撞过程中Ｂ柱中部 侵入量偏大，不能满足预 期设定安全目标，须对其 加以改进。 ３．１模型准确性的验证 模型的有效性可通过 仿真和试验的结果对比进 图４侧面碰撞实例 行验证。影响仿真模型准 确性的因素很多：模型的结构简化形式、连接形式、 配重分布、质心位置、材料的准确性、计算参数的设 置等等。对这些因素逐一排查，反复调试得到最终 满意的分析模型。以Ｒ线的侵入量为例，前文中模 型的仿真和试验的侵入量比较如图５所示，从对比 结果可以看出，仿真和试验的趋势基本相同，由于仿 真不可避免存在误差，两者相差一定数值量，但这并 不影响仿真结果的指导性意见的正确性。 Ｒ线各点的位置 图５ Ｒ线侵入量对比 ３．２改进措施及结果 时侵入速度也有明显降低，最终满足预期设定的安 全目标。 图６改进前后侵入量比较 图７改进前后侵入速度比较 ４结论 介绍了常用的轿车侧面碰撞性能改进措施与结 构设计要求，通过具体实例说明了提高侧面碰撞性 能的改进过程，并验证了改进措施有效可行。 参考文献 ［１］ 朱西产．汽车碰撞安全性评价体系的现状及发展趋势［Ｒ］．同 济大学，２００６． ［２］史广奎，朱西产．汽车侧面碰撞过程的仿真［ｃ］．中国汽车工程 学会２００３学术年会论文集，２００３． ［３］ 黄世霖，张金换，等．汽车碰撞与安全［Ｍ］．北京：清华大学出版 社，２０００． ［４］ 葛如海，刘志强，等．汽车安全工程［Ｍ］．北京：化学工业出版 社，２００５． ［５］ＬＳ—ＤＹＮＡ公司．Ｉ｜ｓ－ＤＹＮＡ Ｋｅｙｗｏｒｄ Ｕｓｅｒ＇ｓ Ｍａｎｕａｌ［Ｍ］．２００６．
