閆曉曉,于光旭,黃森仁
(中國汽車技術研究中心,天津 300300)
車輛追尾碰撞事故是常見的道路交通事故類別之一,發(fā)生率僅次于正面碰撞和側面碰撞。在全國高速公路交通事故中,追尾碰撞事故的比例高達30%以上,位居所有高速公路交通事故之首[1-3]。目前世界各國都在研究并制定日趨嚴格的追尾碰撞標準和試驗方法[4]。我國于2006年7月1日開始實施《乘用車后碰撞燃油系統(tǒng)安全要求》(GB20072—2006),此法規(guī)主要考察在后碰撞中燃油系統(tǒng)的完整性,即在碰撞過程中是否會發(fā)生燃油泄漏現(xiàn)象[5]。在車輛受到追尾發(fā)生碰撞的過程中,車內(nèi)乘員頭頸部會產(chǎn)生突然的過伸及過屈的現(xiàn)象,從而造成的頸部損傷,稱為“揮鞭傷”。C-NCAP在2012年7月實施的新法規(guī)中加入了鞭打試驗的考核要求,以考核在追尾碰撞中的乘員頸部損傷[6]。
在后碰過程中,座椅連接件的強度、靠背強度、頭枕位置和乘員坐姿對乘員頸部損傷都有很大程度的影響。加速度作為假人揮鞭損傷試驗的基本輸入條件,其波動直接影響著乘員的頸部傷害值[7-11]。
某些汽車廠不重視車輛后防撞梁的設置,降低后防撞梁的材料、厚度等級,或者直接將后防撞梁省掉不進行安裝,借此來達到降低成本的目的。為了研究后防撞梁對于后碰車輛安全性能的影響程度,筆者進行了以下研究:首先,建立了某款轎車的后部碰撞有限元模型,在分析中對比該車型在無后防撞梁、后防撞梁屈服強度在300~400 MPa以及屈服強度在800~1000 MPa時的車體變形情況以及B柱加速度波形;然后將加速度波形輸入鞭打模型中,對比分析在不同波形下假人的損傷值。
針對GB20072—2006法規(guī)要求,搭建了某款車型的后碰有限元仿真模型,如圖1所示。碰撞速度為50 km/h。該模型節(jié)點數(shù)約為158萬,單元數(shù)約為160萬,其中后防撞梁模型如圖2所示。
圖1 某車型后碰有限元仿真模型
圖2 后防撞梁模型
本研究針對無后防撞梁、后防撞梁材料采用普通高強度板、后防撞梁材料采用超高強度板3種工況進行分析,各工況參數(shù)如表1所示。
表1 各工況參數(shù)對比
1)油箱周圍變形對比
在GB20072—2006中,要求碰撞中燃油裝置不能發(fā)生泄漏,若試驗后燃油裝置有液體連續(xù)泄漏,則在碰后5 min平均泄漏速率不應大于30 g/min。
在仿真中主要考察油箱是否受到其他部件擠壓[12-13]。通過對各工況油箱周圍變形情況的仿真分析(如圖3所示),可以發(fā)現(xiàn)3種工況油箱周圍變形基本相同,油箱均沒有受到嚴重擠壓,能夠滿足國標要求。
圖3 各工況油箱周圍變形情況
2)B柱加速度曲線對比
經(jīng)仿真分析得到車輛B柱加速度波形,如圖4所示。
通過圖4可以發(fā)現(xiàn):后防撞梁強度越高,B柱波形第1個峰值就越早出現(xiàn),加速度峰值也越低;在沒有防撞梁時,加速度峰值最高,過高的加速度會對車內(nèi)乘員造成更嚴重的傷害。
圖4 各工況B柱加速度波形對比
3)后縱梁變形對比
通過后縱梁變形對比(圖5)可以發(fā)現(xiàn),3種工況的變形模式稍有差異,其中工況1效果最差。
圖5 后縱梁變形
4)整車變形壓縮量對比
本研究分析了碰撞過程中的車體變形壓縮量。3種工況的車體變形壓縮量對比如圖6所示。可以發(fā)現(xiàn):工況3的車體變形壓縮量最大,為493 mm;工況2的車體變形壓縮量最小,為469 mm;工況1的變形壓縮量為486 mm,位于兩者之間。車體變形壓縮量最大相差24 mm,但是變形最大的工況3的油箱未受到嚴重擠壓,3種工況均能滿足目標要求。
為了研究后碰時假人的傷害值,應用該車的座椅鞭打試驗模型(圖7)。將圖4中B柱加速度波形輸入鞭打模型中分析假人傷害值。該鞭打試驗模型經(jīng)過試驗驗證,模型精度滿足分析要求。
圖6 三種工況車體變形壓縮量對比
圖7 某車型鞭打試驗模型
將圖4中加速度波形輸入鞭打試驗模型中,計算得到3種工況頸部傷害指數(shù)(NIC)曲線對比,如圖8所示。3個工況的NIC曲線整體趨勢相同,工況2的NIC峰值略大。
圖8 3種工況NIC曲線對比
將假人各部位傷害值及得分進行匯總,結果如表2所示。為了更加形象地對比3種工況的差異,將3種工況傷害值按照C-NCAP規(guī)則中鞭打試驗分數(shù)換算進行對比。
表2 3種工況假人傷害值及分數(shù)
對比3種工況的傷害值可以看出:隨著防撞梁強度的增加,假人傷害值呈逐漸減小的趨勢。通過傷害值計算假人揮鞭傷的得分情況可以看出,隨著防撞梁強度的增加分數(shù)也增加。
1)無后防撞梁、后防撞梁材料采用普通高強度板、后防撞梁材料采用超高強度板3種工況發(fā)生后碰時油箱均未被嚴重擠壓,能夠通過國標檢驗。
2)后防撞梁強度對后碰車身B柱加速度峰值存在影響,采用超高強度板時加速度峰值最低,沒有后防撞梁時車身加速度峰值最高。
3)后防撞梁強度對后縱梁的變形及整車變形壓縮量有一定影響,采用普通高強度板時整車變形壓縮量最小。
4)后防撞梁能夠減小后碰時車內(nèi)乘員所受傷害,后防撞梁強度越高,假人傷害值越低。
綜上所述,盡管有無后防撞梁都能夠通過國標檢驗,但是合理選擇后防撞梁強度能夠降低整車變形壓縮量,降低車內(nèi)乘員所受傷害值,有效保護乘員。
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