基于载荷传递路径的轿车侧面耐撞性研究

摘要

侧面碰撞中车辆在极短时间内会承受巨大的冲击载荷，如果车辆的骨架结构设计不合理导致碰撞能量无法快速的传递到其他部件，此时乘员就会存在很大的损伤风险。合理的载荷传递路径可以及时的将能量的传递到整个车身，显著的改善车辆碰撞性能。因此侧面碰撞中如何快速有效的分散碰撞力对提高汽车耐撞性降低乘员损伤起着至关重要的作用。
　　 本文旨在通过改进车辆的骨架结构和优化关键性部件的厚度来获得合理载荷传递路径。对比改进前后假人损伤和前后门侵入量的差异，希望在降低前排乘员损伤风险的同时也能有效的保护后排乘员。
　　 本文首先通过大量的文献研究，分析总结近些年的汽车交通事故类型和汽车安全的发展概况，研究对比国内外不同的碰撞法规和侧面碰撞的研究方法。然后介绍有限元分析的基本理论。根据ECE R95侧面碰撞法规建立整车和可移动变形壁障(MDB)的有限元模型，运用LS-DYNA进行碰撞仿真并将仿真结果同试验数据比对验证模型的有效性。
　　 通过对原始模型的分析发现由于地板的传力路径不合理，载荷不能有效通过地板横梁传递到非碰撞侧，造成能量在B柱下端和门槛位置聚积，进而地板和侧围出现严重变形直接威胁到乘员的生命安全。基于这个原因，本文通过更改座椅后安装点的安装方式和提高车身骨架的接头强度，使得车辆能够通过多通道快速有效的将冲击载荷传递到其他部位防止出现局部变形过大的现象。
　　 根据对ECE R95法规中台车的碰撞位置进行分析，发现前后车门在侧面碰撞中所承受的载荷大小存在很大的差异。前门载荷远远大于后门，导致前排乘员损伤风险也较后排乘员略大。因此本文通过对前后门的强度进行匹配，使碰撞载荷在前后门之间合理的分配，在降低前排乘员损伤风险的同时兼顾到后排乘员的损伤防护。
　　 研究结果表明：在优化地板传力路径和提高车身接头强度之后，B柱侵入量明显降低，整体呈现出“钟摆式”的变形。优化后B柱下端与门槛连接处的变形模式较为理想，消除了地板上原来大面积的褶皱变形，座椅骨架的变形也很大程度上得到改善。PSM分析结果也表明上述的结构优化对降低假人头部、胸部和腹部位置的损伤有重要作用。通过合理匹配前后车门的强度后，前后门侵入量和侵入速度都有显著降低，达到了对前后排乘员同时进行保护的目的。