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汽车侧面碰撞安全防护措施分析

  
评论: 更新日期:2011年11月24日

  侧面碰撞防护措施
  1. 从侧碰法规看车身安全结构的改进
  安全车身是所有被动安全设施的基础,也是车内乘员的最后一道防线。与汽车正面碰撞相比,汽车侧面吸能构件较少,乘员与门内板之间仅存在20—30mm的空间,一旦受到来自侧面的撞击,乘员将受到强烈贯入的冲击载荷作用,严重时危及生命。我们从前面的叙述中已经知道,当乘员舱侧面侵入增大,乘员死亡与伤害比例也随之增大,所以汽车发生侧面碰撞时若想保护乘员的安全,最重要的是尽可能地减少乘员舱空间的侵入,也就是让车体变形和乘员保护系统(如安全带、气囊等)尽可能地吸收碰撞能量。并且我们还知道了侧面碰撞伤害的主要形式包括:侧碰横梁上门内板及B柱中上部结构的溃塌变形导致乘员头胸部的伤害;坚硬、突起的几何外形内饰件(如车门内扶手)会导致乘员腹部的伤害;侧碰横梁下门内板会对骨盆产生垂直的负载,导致骶骨剪切骨折等等。所以侧面碰撞法规针对汽车侧门强度提出要求,目的是检查车侧立柱、顶/底支柱连接和门连接等结构强度,以尽量降低在侧碰事故中乘员受重伤和致命伤害的风险。
  保护和减轻乘员在侧面碰撞中所受伤害,最根本的方法就是使作用在乘员身上的冲击力低于可以接受的生物力学极限,为此就必须把侧面碰撞中的变形效果和冲击力降到最低。研究表明,要提高轿车抗侧面碰撞能力,不可能仅就某一局部的改进就可以大大降低乘员在侧面碰撞时所受到的冲击,而需要从多方面综合入手来提高汽车抗侧面碰撞能力。从交通事故数据统计结果分析,在侧面碰撞事故中90o角碰撞占侧面碰撞总数的70%左右,车辆乘员所处空间相对较小,因此乘员更容易受伤,车辆碰撞发生的部位在车身B柱和车门。实施侧撞标准后,汽车的车身结构需要进行相关调整,一般包括侧门内安装加强装置,如在侧门上加装防撞杆以及A柱、B柱加强等。具体讲就是侧面设计主要针对车体的侧面梁系的设计,它要求车体要一定刚度和强度,通常是在汽车两侧门夹层中间放置一两根非常坚固的钢梁,当侧门受到撞击对,防撞钢梁把碰撞力传送到A柱、B柱上,如果设计更好的话A柱和B柱应该再把这些力传送到底盘的上顶,把这个撞击力化解到最小,因此坚固的防撞杆能大大减轻侧门的变形程度,从而能减少汽车撞击对车内乘员的伤害。Volvo是世界上最早开展侧面安全性能研究的公司之一,其专利技术侧面碰撞保护系统(SIPS)堪称是最好的侧面保护技术,它对B柱作了专门的强化处理,具有优异的抗冲击性能。B柱彼此之间通过5个高强度的横板连接成一体,当任何一个B柱受到碰撞的冲击时,它就会通过横板快速传到其他B柱上,使冲击力能向前、向后、向下快速扩散。车门在侧面碰撞时也扮演着极为重要的角色,Volvo公司对车门采用角钢制成,碰撞时,可以防止车门侵入车舱内伤害到乘客。车门通过特殊结构勾在B柱上,即使受到很大的碰撞力也不会脱落,这样B柱上的冲击力就可以有效地向前、向后、向下扩散开来。底座采用激光焊接,具有很高的强度,与B柱一起可以提供最好的侧面保护。总而言之,这些设计和结构特征能把侧面碰撞中挤入深度和挤入率降到最低,从而最大限度地降低乘客受伤的危险。
  对于前面所提到的多起侧碰后车身中部断裂的事故,有人认为,这种车身断裂的情况非常少见,整车断裂与车身钢板厚度不无关系。“发生断裂的地方是在汽车前底板和中横梁的搭接部分,这里包含大量拼缝焊接区,是一个受力集中区。虽然这里是车身的薄弱点,但产品在出厂前就应该考虑到这个问题,发生这种断裂情况可能是由于汽车存在自身缺陷而产生的”。从技术角度讲,一般车身是由若干片冲压件组成,大多数厂家采用点焊进行连接。但点焊存在不连续性,解决不了焊接处的平整度及缝隙问题,点焊造成焊接点周围的钢材应力下降,因此当车辆遭严重撞击时,断裂部位恰恰就是这些车身焊接部位。因此在汽车设计制造过程中,车身采用超高刚性笼型车体,能有效提高车身防撞性能,尽可能避免因车身断裂伤及乘员,保护乘员舱人员安全。焊接工艺建议采用激光焊接,因为激光焊接具有连续性,可以实现钢材分子层面的结合,使两块钢板结合成一整块钢板,从而增加了结合强度。激光焊接主要用于涉及乘员舱的顶盖与侧围、底板与侧围、尾部以及门框等连接处,能够大大提高车身的刚性。
  2. 安全气囊在侧面碰撞防护中的应用
  安全气囊,也称辅助乘员保护系统。它是一种当汽车遭到碰撞而急剧减速时能很快膨胀的缓冲气囊,可以保护车内乘员不致撞到车厢内部,是一种被动安全装置。气囊做为车身被动安全性的辅助配置,日渐受到人们的重视。当汽车碰撞后,乘员与车内构件尚未发生“二次碰撞前”迅速在两者之间打开一个充满气体的气垫,使乘员因惯性而移动时“扑在气垫上”,从而缓和乘员受到的冲击并吸收碰撞能量,减轻乘员的伤害程度。统计发现,侧面碰撞对车内乘员的身体和头部的伤害程度比正面碰撞还要严重,在侧面碰撞死亡事故中,头部伤害占59.27%,胸部伤害占21.98%,而其他部位伤害占18.75%,对驾驶员来说,侧面碰撞引起的脑部伤害占到所有因人身威胁而引起脑部伤害的50%。随着消费者对安全的日益关注,将促使更多的量产车装备头部保护装置。车辆在发生事故时,车内的气囊和气帘可以有效保护车内成员的生命安全,现在的汽车都使用了多气囊系统,换句话说气囊、气帘的个数越多越能有效的保障驾乘人员在发生交通事故时的生命安全,当然前提是要针对车辆在发生碰撞时来自各个不同方向的撞击力合理的安排安全气囊气帘的位置及个数。随着越来越多的安全气囊系统增加到量产车中,头部伤害将减少80%~90%,可以说气囊系统的广泛应用有效地减轻了乘员的碰撞伤害程度。
  安全气囊分布在车内前方(正副驾驶位),侧方(车内前排和后排)和车外三个方向,对于侧面碰撞防护多是侧面安全气囊和侧面安全气帘。侧面气囊系统是保护汽车遭侧面碰撞以及车辆翻滚时乘员的安全,一般安装于车门上,也有安装于前部座椅靠背的外侧。如图3所示,侧面安全气囊由一个气体发生器、气囊罩以及气囊组成。当一个安全气囊引爆时,侧面安全气囊罩被来自于气体发生器的氩气引爆,向气囊充气。
  在车辆遭到侧面碰撞会导致车门严重变形,以至于无法开启车门,车内乘员被困于车内,侧面安全气囊可以有效的保护车内驾乘人员来自侧面撞击导致的腰部,腹部,胸部外侧,以及胳膊的伤害,保证身体上肢的活动能力和逃生能力。除侧面安全气囊外,在车顶的两侧会配有两条管状气囊,称为侧面安全气帘,在意外情况发生时能够有效的缓解来自车顶上方的下压力,配合侧面气帘能够有效的保护乘客的头部和颈部。
  窗帘式安全气囊被安装在A柱与B柱之间车顶的边沿处。窗帘式安全气囊由气体发生器、管、气囊罩以及气囊构成。当窗帘式安全气囊引爆时,由气体发生器产生的氩气将A装饰柱与车顶内衬分开,使气囊充气。图5展示了发生侧面碰撞时侧面安全气囊与帘式气囊的展开效果。但是我们还应该清楚的知道安全气囊只是辅助装置,在不系安全带的状况下,安全气囊不但不能对乘员起到防护作用,还会对乘员有严重的杀伤力。安全气囊的爆发力是惊人的,足以击断驾驶者的颈椎。因此,系好安全带是安全气囊发挥保护作用的一个重要条件。
  结束语
  有一句话说的好:“车是拿来开的,不是拿来撞的。”没有绝对安全的车,安全应该从人做起。以人为本,加强对汽车侧面碰撞防护安全的研究,切实采取措施提高碰撞事故生存率,从而更有效地保护乘员免受伤害。
 

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