田威 張山 張向磊

中汽研汽車檢驗中心（天津）有限公司 天津市 300300

1 前言

符合中國道路交通的壁障研究方法需要考慮中國的道路車輛結(jié)構(gòu)，從大量的中國道路車輛前端結(jié)構(gòu)入手，分析車輛在試驗中發(fā)生的變形，由變形數(shù)據(jù)分析計算出車輛前端結(jié)構(gòu)的強度并給予量化，模擬替代中國道路車輛的前端結(jié)構(gòu)，作為壁障開發(fā)的基礎(chǔ)。本文主要從十款不同類型的車型入手，進行相應的分析研究。

2 蜂窩鋁壁障的要求

汽車安全為當今汽車工程領(lǐng)域具有重要社會、經(jīng)濟意義的研究熱點，并且得到了有關(guān)政府部門的高度重視。汽車安全性可以分為主動安全性和被動安全性兩大類，其中被動安全性，則是指汽車在發(fā)生意外事故時對乘員進行有效保護的能力。國外進行的汽車被動安全性研究始于20世紀六十年代，政府部門專門制定了關(guān)于汽車被動安全性的標準和法規(guī)來保證被動安全措施的實施。如美國聯(lián)邦機動車安全法規(guī)(FMVSS)中關(guān)于被動安全性的就有16項，歐洲基于產(chǎn)品認證制度也建立了利于理解和操作的ECE和EEC法規(guī)。為了滿足法規(guī)要求，同時提高產(chǎn)品性能與市場競爭力，歐美日等發(fā)達國家的汽車制造公司均有專門的研究所和技術(shù)人員從事被動安全性的設(shè)計、分析和試驗研究工作。根據(jù)各國的汽車行業(yè)法規(guī)，汽車在上市前必須通過法規(guī)規(guī)定的碰撞認證試驗，如歐洲的 ECE R94、R95，美國的FMVSS和我國的GB11551。但是，認證試驗只能說明汽車產(chǎn)品達到了法規(guī)的低要求，卻不能對消費者提供汽車產(chǎn)品安全性能的準確和詳細的信息，也容易使生產(chǎn)者在設(shè)計和制造產(chǎn)品時只針對法規(guī)進行研發(fā)而減少對乘員安全保護考量。為了能為消費者提供準確可靠的信息，同時鼓勵生產(chǎn)者提高其產(chǎn)品的安全性能，在中國法規(guī)中，碰撞用可變形壁障是重要的組成部分，可變形壁障分為正碰的R94和側(cè)碰的R95類型的壁障。使用可變形壁障目的主要是模擬兩車碰撞的工況，壁障是用來模擬汽車前部的變形和力學特性。

3 蜂窩鋁材料

可變形壁障是由一系列的鋁板和蜂窩鋁組成。蜂窩鋁材料是由多層鋁箔粘合，疊壓，然后經(jīng)過拉伸工藝展開成規(guī)則正六邊形蜂窩，各蜂窩鋁有規(guī)則棱角和清晰的孔壁，表面平整可以較好的與面材料粘接成復合板材。六邊形蜂窩材料是一種近年廣泛應用于工業(yè)領(lǐng)域的多孔材料，相互連接制約的密集蜂窩陣列有許多小工字型結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)決定了它可以分散來自面板方向的承載力，且面板受力均勻，在面板面積較大的時候受力仍能保證較高平整度，在板受熱膨脹的時候蜂窩能起到擠壓吸能作用減小熱膨脹帶來危害。蜂窩鋁的具體特性優(yōu)良，金屬制造綠色環(huán)保，易于回收再利用；其相對密度低質(zhì)量輕、高比強度、剛度和抗撕裂性好；隔熱隔音性能優(yōu)良，耐腐蝕耐老化；在應用中由于其版型大、平整度高、接縫挺直，具有安裝簡便、裝飾性強、易加工、性能穩(wěn)定等一系列優(yōu)點，越來越受到工程界與學術(shù)界的關(guān)注。其應用領(lǐng)域遍及軍工國防、航空航天、交通工具、建筑材料及裝飾裝修，且有不可替代的重要地位。

4 ECE R94和R95結(jié)構(gòu)

蜂窩鋁壁障包括蜂窩鋁主體、保險杠元件、背板、覆板、保險杠面板等，蜂窩鋁主體應在單元軸線垂直背板的情況下粘到背板上，覆板應粘到蜂窩鋁主體的前表面，保險杠元件粘到覆板上，在碰撞過程中主要的吸能元件為蜂窩鋁主體和保險杠元件，蜂窩鋁下半部分總的強度要高于蜂窩鋁上半部分，水平方向任一位置的強度是一樣的。

5 MPDB蜂窩鋁評價介紹

MPDB蜂窩鋁變形的均勻性是評價碰撞兼容性的重要參考指標。試驗后要對蜂窩鋁表面進行掃描得到點云面，用1400條間隔20mm的線與點云面相交后得到1400個交點，用以表征蜂窩鋁變形量。由于MPDB試驗的蜂窩鋁與車輛前部50%碰撞，在設(shè)計正面碰撞蜂窩鋁壁障時，考慮到車輛前端部件絕大部分是對稱結(jié)構(gòu)，可以按照結(jié)構(gòu)對稱完成整個蜂窩鋁的結(jié)構(gòu)設(shè)計。

6 不同高度和寬度位置的結(jié)構(gòu)分析

本文選取十款車型進行侵入量的分析，侵入量的大小在一定程度上反應了車輛前端結(jié)構(gòu)的強度，通過十款車型的評價區(qū)域的侵入量分析，可以得出車輛的前部平均結(jié)構(gòu)強度大小，并得出一個平均的車輛前部模擬結(jié)構(gòu)。由于各車型的車寬不同，在MPDB試驗中蜂窩鋁評價的范圍不同，本文選取共同位置部分進行侵入量的分析，選取范圍為MPDB蜂窩鋁前表面，上下范圍為：從底端向上100mm到500mm的范圍，左右范圍為：從右向左200mm到760mm的范圍，分析的位置為560個點的位置侵入量，十款車型具體位置對應的平均侵入量經(jīng)計算可得出20行X 28列的圖表，如表1所示：

由表1可以計算出每一行的平均侵入量，由上至下總共20行，20行的每一行的平均侵入量統(tǒng)計如表2所示：

表1 十款車型具體位置對應的平均侵入量

表2 20行的平均侵入量

從上表可以看出每一行的平均侵入量，侵入量越大，說明此處車輛的強度較大，反之亦然，由表2可以看出十款車型的不同高度處的平均強度大小，由十款車型的不同高度處的平均侵入量大小可以得出下圖1，從下圖1側(cè)面可以看出，與ECE-R94所使用的蜂窩鋁側(cè)面外形類似，但存在一定的差異。差異主要反映在十款車型的自上而下的強度變化為由小變大，然后再由大變小，這個反映了中國車輛前端強度上邊較小、下邊較大，蜂窩鋁結(jié)構(gòu)應該能夠反映車輛的前端結(jié)構(gòu)強度。從這十款車型數(shù)據(jù)而言，ECE-R94的蜂窩鋁結(jié)構(gòu)強度基本能反映車輛的前端結(jié)構(gòu)強度，但是自上而下每一層的強度是不同的。

圖1 十款車型前端結(jié)構(gòu)的豎直方向上的平均強度大小

由表1可以計算出每一列的平均侵入量，由左至右總共28列，28列的每一列的平均侵入量統(tǒng)計如表3所示：

表3 由左至右的28列的侵入量統(tǒng)計

從上表可以看出每一列的侵入量大小，可以得出十款車型前端結(jié)構(gòu)的水平方向的平均強度大小，從下圖2可以看出，與ECE-R94所使用的蜂窩鋁側(cè)面外形類似，但在不同寬度的位置存在一定的差異，呈現(xiàn)出來的是車輛前端結(jié)構(gòu)中間強度大、兩邊強度小，在對蜂窩鋁結(jié)構(gòu)進行設(shè)計時，兩邊的強度應該比中間的強度要小，這一點與ECE-R94的結(jié)構(gòu)強度不同。

圖2 十款車型前端結(jié)構(gòu)的水平方向上的平均強度大小

7 結(jié)論

通過十款不同級別的車型在MPDB碰撞試驗反映出的不同高度和寬度的侵入量的不同，基本可得出蜂窩鋁不同位置的強度規(guī)律，顯示其與現(xiàn)有使用的碰撞蜂窩鋁的結(jié)構(gòu)是存在差異的，由差異性進而研究符合中國道路的壁障結(jié)構(gòu)設(shè)計方法。本文依托十款不同級別的車型進行試驗后變形數(shù)據(jù)的分析，研究可信度高，適合中國的道路交通情況。