汽车碰撞安全性研究现状及趋势

汽车碰撞安全性研究现状及趋势

章辉

安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心安徽省合肥市230000

摘要：自从汽车诞生以来，汽车的安全性就有了提高。如今，汽车已成为人们学习、工作和生活不可或缺的工具，对人们的生活和生产产生了深远的影响。汽车作为一种便捷的现代交通工具，给人们带来了极大的便利，但也因为汽车所造成的交通事故给人们的生命和财产安全带来了严重的威胁。

关键词：汽车；碰撞；模拟；抗撞性

引言

汽车碰撞的安全关系到车体的安全和乘员的安全。这在我国汽车研究领域还没有深入到这一领域，技术的研究和发展需要很长的时间，尤其是在车身碰撞的情况下。如何提高车体的防撞能力，减少伤害事故，车体结构的改进已经比较完善，车体结构技术的进一步改进相当困难。

1汽车碰撞安全性研究现状

1.1车辆建模技术与数值模拟计算

车辆建模技术是汽车主动避撞系统开发及评价的关键技术之一，目前已经运用混合建模技术将理论分析模型和车辆实验数据结合，充分利用各动力总成现有的标准数据，建立模拟汽车主动避擅系统中车辆行驶复杂工况的纵向动力学模型，并实现了基于通用软件的仿真，现有的建模技术基本可以满足汽车主动避撞系统的要求。比较简洁的模型如清华大学汽车安全与节能国家重点实验室建立的应用于汽车主动避撞系统、可模拟车辆运行全过程的车辆纵向动力学模型，它分别实现了车辆纵向动力学模型的建立及简化、发动机模型简化、液力耦合器及自动变速器模型和车辆驱动系模型。各单元模型按照图1所示动力传递路线组合，就能得到适用于汽车主动避撞系统的纵向车辆模型。基于Matalab软件实现整个模型，再利用汽车主动避撞系统实车实验平台进行实车实验验证。数值模拟计算对汽车的碰撞研究具有重要意义。碰撞过程中，汽车结构经历复杂的变形，具有物理非线性、几何非线性和材料非线性的特点。随着计算机软、硬件的飞速发展，商品化有限元软件结合并行有限元方法和并行计算技术开始利用多个CPU并行处理，以求解大规模动态非线性复杂问题。它们都是基于区域分解的并行有限元法，例如并行版的LS—DYNA3D的RCB方法，该类方法适用于任意复杂的模型，同时也尽量减少处于内部的分区边界，将分区之间的影响减到最小。

1.2仿真实验

汽车与行人碰撞安全性的实验评价方法通常有两种：一种是利用实际车与实验用碰撞假人进行碰撞实验，另一种是利用模拟假人的部件对实际车或汽车部件进行冲击实验。实验过程中，假人的运动特性与实际事故中行人表现出来的特性差别较大，因而常利用模拟假人的部件对实际车或汽车部件进行冲击实验。目前欧洲和日本正在开发完善生物拟合性能较好的假人，如本田公司开发的POLARII——DUMMY。美国UNECE工作组正在根据现有的研究成果开发行人碰撞GTR(GlobalTech—nicalRegulation)，而且根据JARI(日本汽车研究所)和日本MLlT(国土基础设施交通厅)的工作，制定了头部冲击实验程序，他们下一步将制定下肢与保险杠冲击的实验方法。目前已经开发出具有较好生物拟合特性的行人仿真计算机模型，利用该模型进行行人在碰撞过程中的运动学特性计算机仿真的结果与实际碰撞实验结果吻合较好，尤其是头部与汽车的冲击部位，其平均准确率可达到91．9％。因此，采用计算机仿真与实验相结合的混合实验方法在汽车与行人碰撞性能评价方面具有较好的应用前景。

1.3实际科研开发

从事汽车安全的科研机构分别从主动安全和被动安全两方面着手研究，主动安全方面的研究项目有辅助制动装置、电子行人发射器和接受器、自动弹出式发动机罩、汽车前保险杠安全气囊和前风窗安全气囊，以及一些科学的安全管理措施；被动安全方面的研究项目有改变保险杠结构和性能、改变发动机罩结构和性能、改变翼子板支撑结构和性能、改变汽车前端造型。目前在成员防护系统方面的研究异常活跃。一些汽车制造厂商也采取措施来提高汽车碰撞的安全性。著名的钢铁公司正致力于研究制造高安全性能的轻型钢材料。通用汽车内侧板和前后梁采用激光焊接技术，从而减少总重和焊接数量。底盘总成的各零部件采用逆向淬火双相钢，提高刚度和抗撞击特性。F一150皮卡车架液压成型制造，车身采用最优化抗碰撞特性设计，在撞击传到客仓之前吸收能量，前梁呈折叠式坍塌，消耗撞击能量。美国汽车商正在优化汽车前端结构件几何形状匹配，加大结构件吸收撞击力的能力。

2汽车碰撞研究

2.1直接碰撞过程

直接碰撞过程是指汽车和汽车从开始接触瞬间到脱离接触的瞬间所经历的时问。一般情况下，碰撞作用阶段经历的时间在70—120ms以内，在碰撞前期及变形阶段汽车的横摆角速度、横摆角等参数都几乎不会有变化。而在后期及恢复阶段这些参数会发生变化，因此，在研究碰撞变形有关的内容时，以碰撞接触后恢复阶段作为研究阶段。

2.2碰撞后过程

汽车与汽车脱离接触瞬间到车辆停止的时间，当脱离接触后和可能会发生二次碰撞的问题，也可能在脱离接触后汽车与周边固定物再次发生碰撞的问题，这也是汽车安全性能研究的问题。

2.3碰撞研究的方法

汽车碰撞安全性的研究方法主要有：撞试验研究和虚拟试验研究两种方法。汽车实车碰撞试验主要通过实车碰撞试验，根据碰撞试验结果做分析研究。随着计算机仿真技术的发展，采用虚拟仿真模拟碰撞试验取得了突破性的进展，现在作为碰撞试验的主要手段。

3解决汽车碰撞安全性问题的发展趋势

车辆建模技术水平直接关系着安全性研究，更贴近实际运行工况的混合建模技术是车辆建模的发展方向，优化数值模拟计算从而提高仿真运算速度是汽车碰撞仿真技术发展的核心。先进的计算机技术的不断发展，将来可以利用商品化有限元软件结合并行有限元方法和并行计算技术及多个CPU并行处理大规模动态非线性复杂问题。发展新的人体模型技术、探索新的算法、研究降解积分新技术，将逐步成为汽车碰撞仿真研究的主题。汽车碰撞仿真研究将是汽车被动安全研究的热点之一，其中安全车身的研究将成为富有挑战性的课题。实际科研开发中成员防护系统研究有待深化。在汽车碰撞保护方面，目前很多采用可毁车身吸能缓冲技术来提高汽车碰撞保护性能，但是由于尺寸和空间有限，可毁车身吸能能力很难有质的发展，即使目前正在着重利用提高单位塑性变形消耗能量的方法提高可塑性车身的吸能能力，但仍难以提升汽车碰撞防护等级，而且使人们回到纯刚性车身的老路。随着货车大型化、重型化和高速化及轿车微型化、轻型化和节能化的发展，汽车碰撞保护已不能靠简单的毁坏车身来简单完成，创新才是解决问题的根本。平头型汽车具有吸能缓冲能力，可抵抗更重量级的冲击，成为本世纪汽车碰撞保护发展的方向之一。

结束语

汽车碰撞试验是汽车碰撞安全性研究中最准确可靠的方法，所开发汽车的碰撞安全性能最终都得通过实车碰撞试验来检验。但此类试验是汽车开发中一种昂贵的“试错”过程，所需开发时间长，开发成本高。因此，寻求通过对汽车碰撞进行模拟计算来部分地取代与改进汽车碰撞试验工作，已成为汽车碰撞安全性研究中的一种必然趋势。通过模拟计算来分析汽车的碰撞性能，可以为汽车设计或改进工作提供一些基本规律和指导方向，减少试验次数，避免大量尝试性的工作，这样既能节约开发成本，又可缩短开发时间。在我国当前财力物力有限，相关的试验条件还不充分具备的条件下，应用有限元模拟计算的方法来研究汽车的侧面碰撞安全性，就更加具有现实意义。

参考文献：

[1]王嫣,韩永胜,张计光.CAE技术在汽车碰撞中的研究与应用[J].科技信息.2014(01)

[2]郑晓峰.国内首款汽车碰撞系统在京发布[J].道路交通管理.2018(02)

[3]李博闻.有限元分析方法在汽车碰撞研究中的应用[J].天津汽车.2016(03)