车身设计与碰撞安全性论文

车身设计与碰撞安全性

相对于发达国家来说，我国的汽车工业起步较晚，汽车工业的发展水平特别是汽车技术与发达国家相比还有不小的差距。但随着国家经济的迅猛发展，购车的朋友也越来越多。而据我所知，许多人在购车时更多的是关注汽车的价格，外观，内饰等因素，很少有人会去关注汽车安全方面的问题，大家对汽车安全性认识的并不多。

在中国，汽车安全性还得不到广泛的认识，主要也在于商家对消费者的误导。现在，汽车的卖点多集中在价格，外观等方面，一些商家或厂家极力炫耀汽车的价格，外观及动力等等，而忽视了汽车安全性。由于我们的消费者还不够成熟，眼下汽车的安全性能确实还不是卖点。

目前，随着汽车数量的增加和行驶速度的不断提高，行车安全越来越重要。一起起血淋淋的交通事故确实让人触目惊心，最大限度地减少汽车交通事故中的人员伤亡是汽车工业发展中急需解决的关键难题。

不少汽车专家因此展开科学研究，他们的目的是要解决如何在高速状态下使汽车更加安全，及减少车祸损害等。很多科学家展开对撞击本身的研究，车祸撞击的真相最终被揭示。事实上，车祸不是单一的碰撞，它是一连串撞击的混合物。车祸有三项要素或者说是三次不同的撞击：首先是汽车与障碍物发生碰撞：第二次是人体与汽车内部相撞，创伤开始发生，肋骨与腿骨一般在此时断裂；第三次撞击是人体内脏与突然停下的人体外部构架相撞，此时大脑会

向前冲，撞到颅骨内壁，心脏也会撞击胸部内侧。致命伤发生在第三次撞击中。

研究汽车碰撞过程规律、车身刚度匹配、碰撞吸能机理、碰撞安全性设计方法、碰撞吸能结构、以及先进的乘员约束系统等，以提高车辆在发生碰撞事故后保护车内乘员的能力，达到减少乘员伤亡的目的。

在汽车的安全性研究和现有汽车安全技术中，汽车的安全性分为被动安全性和主动安全性。从交通事故原因的调查分析结果表明，汽车预防事故的主动安全性，只能避免5%的事故，因此提高汽车在发生事故时保护乘员、行人，减轻和避免伤亡的被动安全性越来越受到人们的重视。

对一辆车的安全来说，主动安全和被动安全都必须放到同等重要的位置，而被动安全性能则和一款车型的车身设计有着密不可分的关系，一个坚固的车身能大大降低碰撞对车内乘员所带来的伤害，而先进的设计理念和合理的用料则决定着车身是否能在关键时刻力挽狂澜。

大家都了解，在整个车身的结构上，不同部位钢材的强度是不一样的，在车头的发动机舱位置，钢材的强度相对较低，在碰撞时能向后收缩，有效吸收碰撞的能量。相对而言，乘员舱则采用了强度很高的钢材打造，碰撞时能避免乘员舱变形对车内乘客造成伤害。下面就让我们一起来看几项先进的车身设计。

车身结构对碰撞的成绩起着关键作用。先看看A柱、B柱和C

柱对碰撞安全性的影响。

A柱对一款车型安全非常重要，无论是承受正面撞击的冲击力，还是翻滚时保证车顶的强度，都是在考验A柱的主要作用强度。而碰到追尾卡车这种极端情况，A柱更是承受几乎全部的冲击力力。用高厚度的钢板制造A柱，其对碰撞后乘员的保护将会相当出色。另外可以看到A柱内还采用了高强度钢板补强件。

B柱肩负着抵御侧面撞击与保证车辆顶棚坚固程度的重任，一般情况下B柱中会增加高强度钢板补强件，高强度钢材明显区别于普通镀锌钢板，同等厚度的高强度钢板硬度是甚至可以达到普通镀锌板4倍。这种钢板的冲压、拼接难度都远远大于普通的钢板。

C柱对一款车的安全影响相对不如A柱和B柱，但作为一个整体，C柱是否坚固也影响着整个乘员舱的强度，一般C柱也将会采用了高强度钢板补强件。

除了A柱、B柱和C柱对碰撞安全性的影响，制造工艺对设计的效果有着重要的影响。在门内板、前后纵梁等关键部位，可采用了激光拼接的高强度板材。当然其他部件也很重要，如车门、车顶和发动机等。

车门是侧碰第一个与外物撞击的结构，其强度的高低严重影响了侧面碰撞安全性，而车门又是搭在A、B、C柱上，一旦发生非常危险的侧面碰撞，冲击力将被传递由整个车体侧面分散承受，而不是由一点独自承担，车门是否坚固决定抵御侧面碰撞的能力。车门结构中可以增加钢管状的车门高强度防撞梁，下部的防撞钢管与车

门上部的高强度钢板补强件可以做成形近似两个三角型的稳定结构。

车顶在车身翻转时对乘员有很好的保护作用，尽管国内外的碰撞试验都没有翻滚项目，车顶的安全也同样不能忽视，要注意车顶的强度，车顶可采用了四道横梁设计，在车辆遭遇翻滚与重压时能保证车顶不会成为乘员舱的薄弱环节。

发动机是汽车的心脏，发动机也可以在碰撞后保护乘员，现在的汽车一般都设计有发动机下沉功能，在下沉功能组件的帮助下，严重碰撞时，发动机会向下沉而不是向后挤压乘员舱，有效保护车内乘员安全。

汽车碰撞可分为正面碰撞、侧面碰撞和追尾。在这三种碰撞中有需要注意哪些结构和附件的设计来增加对乘员的碰撞伤害保护，以减轻乘员在碰撞中所受的伤害。

据统计，在所有汽车事故当中，与碰撞有关的事故占90％以上，汽车发生正面碰撞（包括斜碰）的概率在40%左右。经过交通事故的大量统计数据表明，相对于乘员的其他身体部位而言，头部、胸部、腹部的伤害是正面碰撞发生时最主要的伤害形式，同时也是造成死亡事故频率最高的三个部位，分别占到97%、93%和50%。所以在正面碰撞中保护人的头部、胸部和腹部至关重要。

在正面碰撞中，如果没有安全带的有效保护，乘员很容易向前翻飞，前排座乘员常撞碎挡风玻璃，飞出车外；若安全带发生作用，乘员一般不会飞离座位，但可能与汽车内饰件发生碰撞，导致不同部位的损伤。即使乘员在安全带的有效作用下不与汽车内饰发生碰

撞，乘员头部和颈部等也可能由于承受过大的加速度而损伤，或者胸部由于承受过大的安全带压力而损伤。当安全气囊发生作用时，乘员一般可免受与内饰件的碰撞，但与气囊覆盖件和气囊的接触可能导致外伤或烧伤。所以安全带与安全气囊的设计、安装极为重要，安全带可以将乘员约束住，而使乘员不会飞离座位以至于撞碎挡风玻璃费力车外；安全气囊可保护乘员的头部、胸部和腹部，缓冲撞击，减轻伤害。

另外，为了防止碰撞时方向盘压向胸部，转向柱和踏板是否拥有溃缩功能很关键，所以可以将转向柱和踏板采用可溃缩设计。有的发动机舱和尾厢采用吸能溃缩式构造，当发生碰撞时，车身逐级溃缩，吸收碰撞能量，使乘员舱受到的冲击大大减小。为了避免下面碰撞时方向盘对驾驶员造成伤害，一些较新的车型还采用了碰撞吸能式转向柱，发生碰撞时转向柱能够自动折断。

而据国外机构统计表明，在汽车碰撞发生的交通事故中，大约有30%为侧面碰撞引发的交通事故。在公路交通发达的美国，平均每年约8,000名驾驶员由于侧面碰撞致死，在24,000受重伤的人中，约有67%的人是由于汽车对汽车的侧面碰撞，我国道路交通较为复杂，车型混杂，这更容易发生车辆的侧面交叉碰撞。在侧面碰撞中导致致命或人体严重伤害的主要部位依次是头部、胸部、腹部、下肢、颈部、脊椎和骨盆，侧面碰撞对乘员的头部和胸部的伤害程度最大。所以对道路交通事故中人员伤害的保护应以头部和胸部为重点保护对象。

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。为保护和减轻乘员在侧面碰撞中所受伤害，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。

车门在侧面碰撞时也扮演着极为重要的角色，若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。

在后碰中，追尾会对车内乘客颈椎造成伤害，而在交通事故所引发的人身伤害中有七成属于颈椎受伤，通过对颈部损伤情况的研究,来指导汽车结构安全设计,防止低速追尾碰撞导致的颈部损伤,进而降低甚至消除乘员颈部损伤及其他类型的损伤,具有明显的经济和社会意义。

在车身设计中可以增加后防撞梁，尾部能够承受碰撞测试用小车50英里（80.46公里）内的撞击而乘员舱不发生严重变形，并且能有效吸收追尾的能量，有效起到缓冲作用。在后碰中，靠背倾角,

头枕的位置及倾角、靠背接触刚度分布、调角器的旋转刚度特性及屈服强度等座椅参数对颈部动力学响应影响很大。在分析中，加速度,相邻颈椎的相对转动角度,颈部的剪切力、轴向力和弯矩等都是来评价颈部损伤的风险和评价汽车座椅颈部损伤防护性能的水平的重要指标。

分析结果表明,座椅特性参数对追尾碰撞中颈部的动力学响应和颈部损伤有着重要影响。靠背的倾角越大,躯干和靠背的接触点就越低,头部和头枕的间距也越大,颈部损伤的可能性越高;高并且靠近头部的头枕,和适当增大的头枕倾角,可以为头部提供有效的支撑,有助于减小颈部的伤害;上小下大的靠背刚度分布也对减小颈部损伤有利;具有较大刚度特性和较小屈服强度的可变性调角器,可以减小头部和胸部的相对运动的差异,减小颈部的损伤。通过改善座椅特性参数的设计将会对后碰中颈部保护起到举足轻重的作用。

目前，汽车安全已经成为了汽车产品研发中必须首先考虑的一个重要因素.新汽车产品不但需要满足或超过各国制定的安全法规,

也要满足使用者对安全性能的期望和要求.保证这些安全法规以及消费者的需求就得选择合适的结构设计以及其他部件的设计，充分考虑到车的避免事故能力（制动性），紧急躲避能力（操控性），以及在事故中最大可能地避免或减缓对人员造成伤害的能力，以改进设计来达到减轻伤害的目的。