汽車(chē)安全結(jié)構(gòu)與碰撞論文正稿

可編輯版引言1一．車(chē)身結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介21.1非承載式車(chē)身21.2承載式車(chē)身21.3半承載式車(chē)身2二．汽車(chē)車(chē)身結(jié)構(gòu)的安全性22.1前部能量分散、吸收構(gòu)造32.2側(cè)面能量分散、吸收構(gòu)造42.3后部能量分散、吸收構(gòu)造42.4保險(xiǎn)杠52.5前發(fā)動(dòng)機(jī)罩5三．汽車(chē)碰撞時(shí)受力的傳導(dǎo)63.1正面碰撞6按照歐洲的NCAP規(guī)程進(jìn)行的正面碰撞：6按照美國(guó)的NCAP規(guī)程進(jìn)行的正面碰撞：7在正面碰撞時(shí)受力的傳導(dǎo)：73.2側(cè)面碰撞8按照歐洲NCAP規(guī)則的側(cè)面碰撞：8按照美國(guó)的LINCAP規(guī)則的側(cè)面碰撞：8在側(cè)面碰撞時(shí)受力的傳導(dǎo)：93.3車(chē)尾部碰撞9在車(chē)尾部碰撞時(shí)的受力傳導(dǎo)：10四．安全車(chē)身的發(fā)展10結(jié)論: 12引言一種現(xiàn)代的汽車(chē)車(chē)身必須符合很多的要求。汽車(chē)的車(chē)身,最初主要是單純地用來(lái)防風(fēng)擋雨的,但現(xiàn)在,作為對(duì)車(chē)的形態(tài)和功能都有很大影響的基本骨架,已經(jīng)逐漸變?yōu)橐豁?xiàng)十分重要的困素。對(duì)于現(xiàn)在的車(chē)身,除了要求能夠保舒適安全的個(gè)人空間、良好搭載動(dòng)力裝置之外,還要求其有高強(qiáng)度、最優(yōu)化利用變形量、特別剛性的座艙、在座倉(cāng)內(nèi)部最大限度的給乘客提供空間、前部的布局要非常緊湊、高效的護(hù)身制動(dòng)系統(tǒng)、具備靚麗的外形設(shè)計(jì)等。為了最優(yōu)地實(shí)現(xiàn)所有的上述的要求,在設(shè)計(jì)布局的時(shí)候要給予特別的注意車(chē)身安全與舒適的兼容性。一．車(chē)身結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介一般來(lái)說(shuō),車(chē)身結(jié)構(gòu)被分為以下幾種類(lèi)型1.1非承載式車(chē)身將發(fā)動(dòng)機(jī)和懸掛系裝置等安裝在用厚板做成的車(chē)架上,并在該車(chē)架上通過(guò)橡膠緩沖支架等安裝車(chē)身的構(gòu)造,由于車(chē)身和車(chē)架之間是通過(guò)橡膠制緩沖材結(jié)合的,所以來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)和路面等的震動(dòng)、噪音不易傳到車(chē)身上,從而提高駕乘的舒適性。1.2承載式車(chē)身承載式是指類(lèi)似于雞蛋單體的外殼,通過(guò)車(chē)身外板和框架組等使得應(yīng)力被廣泛分散出去。乘用車(chē)多采用車(chē)室部較堅(jiān)固,由前后部分來(lái)吸收大部分撞擊能量的構(gòu)造。承載式車(chē)身的汽車(chē)沒(méi)有剛性車(chē)架,只是加強(qiáng)了車(chē)頭、側(cè)圍、車(chē)尾、底板等部位,發(fā)動(dòng)機(jī)、前后懸架、傳動(dòng)系統(tǒng)的一部分等總成部件裝配在車(chē)身上設(shè)計(jì)要求的位置,車(chē)身負(fù)載通過(guò)懸架裝置傳給車(chē)輪。承載式車(chē)身除了其固有的乘載功能外,還要直接承受各種負(fù)荷力的作用。承載式車(chē)身不論在安全性還是在穩(wěn)定性方面都有很大的提高,它具有質(zhì)量小、高度低,裝配容易,高速行駛穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn),但是產(chǎn)生的噪聲和振動(dòng)相對(duì)較大,大部分轎車(chē)采用這種車(chē)身結(jié)構(gòu)。1.3半承載式車(chē)身只是一種介于非承載式車(chē)身和承載式車(chē)身之間的車(chē)身結(jié)構(gòu),因此被稱(chēng)為辦承載式車(chē)身。它的車(chē)身為半承載式車(chē)身。它的車(chē)身本體與底價(jià)用焊接或螺栓剛性連接,加強(qiáng)了部分車(chē)身底架上,車(chē)身與底架成為一體同承受載荷。這種形式實(shí)質(zhì)上是一種無(wú)車(chē)架的承載式車(chē)身結(jié)構(gòu)。因此通常人們只將汽車(chē)車(chē)身結(jié)構(gòu)劃分為非承載式車(chē)身和承載式車(chē)身二．汽車(chē)車(chē)身結(jié)構(gòu)的安全性安全車(chē)身是在這三種車(chē)身結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,有針對(duì)性的對(duì)其安全性進(jìn)行改進(jìn)與優(yōu)化。在事故調(diào)查中,正面及側(cè)面碰撞造成乘員死亡的比例是最大的。經(jīng)計(jì)算可知,在車(chē)速8km／h發(fā)生碰撞時(shí)．這部分能量占總碰撞能量的70％。因此,在發(fā)生正面碰撞時(shí),車(chē)身前部結(jié)構(gòu)吸能與車(chē)室變形關(guān)系重大。所以,首先應(yīng)該對(duì)汽車(chē)車(chē)身前部和側(cè)面結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。安全車(chē)身應(yīng)該包括：前后碰撞變形區(qū)和高強(qiáng)度乘員艙。前后碰撞變形區(qū)應(yīng)擁有柔軟的吸能區(qū)．吸能區(qū)在正面碰撞中變形越大,對(duì)于碰撞能量的吸收就越多,產(chǎn)生二次碰撞的能量也就越小,可以盡可能小的避免撞擊力傳到乘員艙中。同時(shí)．應(yīng)采用高強(qiáng)度乘員艙,保證碰撞后乘員艙的有效空間．避免乘員受到擠壓,減少乘員受傷的危險(xiǎn)。特別是在遭受側(cè)面碰撞時(shí)由于轎車(chē)側(cè)面與外界只有一扇車(chē)門(mén)之隔,因此車(chē)門(mén)的抗沖擊能力和乘員艙的框架強(qiáng)度成為保護(hù)乘員的根本。除此之外,車(chē)身的材料對(duì)其安全性同樣起的非常重要的作用。安全車(chē)身結(jié)構(gòu)通過(guò)使用不同強(qiáng)度的鋼材分為：普通、高強(qiáng)度、超高、特高四種。將車(chē)身的前后分為多個(gè)變形吸能區(qū)域．乘員艙用超高強(qiáng)度鋼,保證其強(qiáng)度,在側(cè)面增加了特高強(qiáng)度鋼的加強(qiáng)筋,將側(cè)面碰撞力有效地轉(zhuǎn)移到車(chē)身具有保護(hù)作用的梁、柱、地板、車(chē)頂及其他部件,使撞擊力被這些部件分散、吸收,從而極大限度地把可能造成的損害降低到最小程度。安全車(chē)身通過(guò)吸能變形區(qū)的設(shè)計(jì)．讓車(chē)體的前部在碰撞時(shí)吸收大部分能量．讓堅(jiān)固的乘員艙盡量減少變形以避免乘員受到擠壓。最重要的是要使以下三種情況得到保證：1．發(fā)生碰撞后乘員艙的變形量極小或者不變形車(chē)身前部變形明顯．發(fā)動(dòng)機(jī)蓋向上翹彎,葉子板也向兩旁彎曲,發(fā)動(dòng)機(jī)室里的機(jī)件則向上方及兩側(cè)移動(dòng),惟獨(dú)不朝客艙的方向潰縮。如圖3所示的陰影線部分就是撞車(chē)變形的理想?yún)^(qū)域。2碰撞后車(chē)門(mén)是否能順利打開(kāi)：車(chē)廂的剛性結(jié)構(gòu),在將傳至乘員的沖擊力減小的同時(shí)也使車(chē)廂的變形減至最小。這樣能夠保護(hù)乘員艙的完整性及保護(hù)乘員安全逃離。既要防止汽車(chē)發(fā)生側(cè)面碰撞時(shí)車(chē)門(mén)自動(dòng)打開(kāi),又要保證碰撞后．車(chē)門(mén)能夠容易開(kāi)啟,以利于乘員的車(chē)外救護(hù)。3．能量吸收機(jī)構(gòu)是否可以降低對(duì)成員造成二次碰撞的撞擊力：把沖撞力切斷、吸收,再經(jīng)由整體式車(chē)身,把力量均勻分散至車(chē)身各部分骨架?，F(xiàn)代車(chē)身的安全設(shè)計(jì)以自我犧牲的方式．當(dāng)車(chē)子在重撞擊的瞬間,盡可能降低內(nèi)部空間的變形程度,最大限度保護(hù)坐艙中的乘駕者。2.1前部能量分散、吸收構(gòu)造為了能夠合理分散、吸收前部碰撞時(shí)的能量,強(qiáng)化了前部骨架并利用汽車(chē)前部的壓潰變形吸收能量,以緩解碰撞加速度,汽車(chē)前部<特別是縱梁>常設(shè)計(jì)威s形縱梁或Y形縱梁?！踩鐖D2.1圖2.1強(qiáng)化了前部骨架2.2側(cè)面能量分散、吸收構(gòu)造為了能夠合理分散、吸收側(cè)面碰撞時(shí)的能量,強(qiáng)化了側(cè)面構(gòu)造并采用了適當(dāng)?shù)难a(bǔ)強(qiáng)〔如圖2.2增加車(chē)門(mén)強(qiáng)度,采取的具體辦法有增加板厚或增加防撞橫梁；增加側(cè)圍物件的強(qiáng)度．包括增大A柱、B柱、c柱的截面形狀及板厚；增加門(mén)檻梁強(qiáng)度,增強(qiáng)措施包括增大承載面積；在車(chē)身B立柱高度上安裝橫梁系統(tǒng),在儀表板下面以及后風(fēng)窗下面安裝加強(qiáng)橫梁；合理設(shè)計(jì)門(mén)鎖及門(mén)鉸鏈,有利于將車(chē)門(mén)所受的撞擊力有效地傳給立柱。圖2.2強(qiáng)化了側(cè)面2.3后部能量分散、吸收構(gòu)造為了能夠合理分散。吸收后部碰撞時(shí)的能量。強(qiáng)化了后梁〔如圖2.3圖2.3強(qiáng)化了后梁2.4保險(xiǎn)杠汽車(chē)保險(xiǎn)杠是吸收和緩和外界沖擊力、防護(hù)車(chē)身前后部的安全裝置。據(jù)關(guān)教授講,許多年以前汽車(chē)前后保險(xiǎn)杠是用鋼板沖壓成槽鋼,與車(chē)架縱梁鉚接或焊接在一起的,與車(chē)身有一段較大的間隙,看上去十分不美觀。隨著汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展和工程塑料在汽車(chē)工業(yè)的大量應(yīng)用,汽車(chē)保險(xiǎn)杠作為一種重要的安全裝置也走向了革新的道路。今天的轎車(chē)前后保險(xiǎn)杠除了保持原有的保護(hù)功能外,還要追求與車(chē)體造型的和諧與統(tǒng)一,追求本身的輕量化。目前轎車(chē)的前后保險(xiǎn)杠都是塑料制成的,人們稱(chēng)為塑料保險(xiǎn)杠。塑料保險(xiǎn)杠具有一定強(qiáng)度、剛性和裝飾性,在汽車(chē)發(fā)生碰撞事故時(shí)能起到緩沖作用,保護(hù)車(chē)體、燈具、乘客等不受損傷。從外觀上看,可以很自然地與車(chē)體結(jié)合在一塊,成為裝飾轎車(chē)外型的重要部件。2.5前發(fā)動(dòng)機(jī)罩發(fā)動(dòng)機(jī)罩,是指覆蓋了發(fā)動(dòng)機(jī)室的可能進(jìn)行開(kāi)閉的罩子。發(fā)動(dòng)機(jī)罩外板,發(fā)動(dòng)機(jī)罩內(nèi)板以及加強(qiáng)件類(lèi)兩面都采用電鍍鋼板。使其具有足夠了的防銹功能。此外,還采用了發(fā)對(duì)機(jī)蓋隔音材料,以提高發(fā)動(dòng)機(jī)外板的隔熱和安靜性。在小型車(chē)系列的一部分車(chē)型當(dāng)中,采用了鋁制發(fā)動(dòng)機(jī)罩。發(fā)動(dòng)機(jī)罩內(nèi)板和外板的四周以折邊連接取代焊接。為了確保發(fā)動(dòng)機(jī)罩鉸鏈和發(fā)動(dòng)機(jī)罩、鎖支架的剛性和強(qiáng)度,將加強(qiáng)梁點(diǎn)焊于內(nèi)板上。在發(fā)生碰撞時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)罩由受到撞擊而發(fā)生彎曲變形,這也是汽車(chē)發(fā)生碰撞時(shí)吸收能量的一個(gè)重要部件,而不是把它做得很堅(jiān)硬〔如圖2.5。圖2.5前發(fā)動(dòng)機(jī)罩三．汽車(chē)碰撞時(shí)受力的傳導(dǎo)為了保證對(duì)車(chē)內(nèi)人員和內(nèi)部物品的在碰撞時(shí)有最大的安全,在富士公司的車(chē)身開(kāi)發(fā)和研制中注重了下列的事宜：-承載的結(jié)構(gòu)有高強(qiáng)度-最優(yōu)化利用變形量-特別剛性的座艙-在座倉(cāng)內(nèi)部最大限度的給乘客提供空間-前部的布局要非常緊湊-高效的護(hù)身制動(dòng)系統(tǒng)除了下面講的條件外,在斯巴魯?shù)能?chē)身上面還要實(shí)現(xiàn)最低車(chē)身重量的要求。碰撞試驗(yàn)時(shí)按照法律的要求進(jìn)行的真正仿真的試驗(yàn)。實(shí)際的事故狀態(tài)在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)事先是難以預(yù)測(cè)的,所以在車(chē)身開(kāi)發(fā)和研制中要分析公司原來(lái)的有關(guān)事故的調(diào)查資料。只有能夠達(dá)到這些要求的車(chē)才是用戶滿意的車(chē)。采用在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)再現(xiàn)式的碰撞試驗(yàn),可以使車(chē)身的結(jié)構(gòu)和乘客護(hù)身系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化,以便讓乘客在車(chē)禍的時(shí)候得到最大限度的防護(hù)。3.1正面碰撞正面碰撞有兩種,一種針對(duì)美國(guó)的,一種針對(duì)歐洲的目的都是為了盡可能最真實(shí)表現(xiàn)車(chē)禍?zhǔn)鹿实臓顩r。兩種方法是有區(qū)別的。按照歐洲的NCAP規(guī)程進(jìn)行的正面碰撞：在歐洲的NCAP規(guī)程里面,車(chē)速是以64km/h的車(chē)速開(kāi)行,40%的障礙物橫在正面,車(chē)內(nèi)有四個(gè)假人,兩個(gè)成年人,一個(gè)三歲小孩和一個(gè)六歲小孩,障礙物是可變形的鋁制管架〔如圖3.11。圖按照歐洲的NCAP規(guī)程進(jìn)行的正面碰撞按照美國(guó)的NCAP規(guī)程進(jìn)行的正面碰撞：在美國(guó)的NCAP規(guī)程里面,車(chē)速是以56km/h的車(chē)速開(kāi)行,100%的障礙物橫在正面〔如圖。內(nèi)有兩個(gè)假人,障礙物是全剛性不可變形的。但在美國(guó)還可以按照高速公路安全保險(xiǎn)協(xié)會(huì)的規(guī)定試驗(yàn),也即車(chē)速也是以64km/h的車(chē)速開(kāi)行,40%的障礙物橫在正面。在這兩種方式里面,對(duì)于不同的地區(qū)把單項(xiàng)傷害評(píng)估和總體傷害評(píng)估放在一起就是進(jìn)行的評(píng)估的主要準(zhǔn)則。圖按照美國(guó)的NCAP規(guī)程進(jìn)行的正面碰撞在正面碰撞時(shí)受力的傳導(dǎo)：在正面碰撞時(shí)外力經(jīng)過(guò)保險(xiǎn)杠的支架傳進(jìn)車(chē)身。固定在保險(xiǎn)杠撐架上的抗碰撞件把力又傳到發(fā)動(dòng)機(jī)支撐座上。它和前橋撐架以及彈簧減震支座一起會(huì)產(chǎn)生碰撞后的變形。車(chē)和障礙物的碰撞接觸面較小的時(shí)候,這些力經(jīng)過(guò)橫梁從保險(xiǎn)杠側(cè)面抗碰撞件,前板和前橋支撐座傳導(dǎo)分配到車(chē)的左右兩面。然后,受的力再同時(shí)經(jīng)過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)支撐座傳導(dǎo)到底板組件,經(jīng)過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)到正面板加強(qiáng)板到變速箱通道,經(jīng)過(guò)車(chē)輪傳到輪罩內(nèi)的門(mén)檻加長(zhǎng)件的可變形件,傳到A柱加強(qiáng)段和側(cè)面框架上〔如圖。同樣的重要傳導(dǎo)路徑是,承受的負(fù)荷經(jīng)過(guò)彈簧減震座和輪罩上的支撐座傳到側(cè)面框架上。經(jīng)過(guò)在彈簧支撐座后面的可變形范圍區(qū)限定了傳到在A柱上的力,在A柱周?chē)鷧^(qū)間乘客座艙不受力。圖在正面碰撞時(shí)受力的傳導(dǎo)3.2側(cè)面碰撞歐美的方法是不一樣的。NCAP"新車(chē)評(píng)估規(guī)劃"對(duì)車(chē)的結(jié)構(gòu)和乘客護(hù)身系統(tǒng)提出了最高的要求。在前兩種方法里面,都是采用兩個(gè)假人,一個(gè)在司機(jī)座位上,另外一個(gè)在司機(jī)座位后面。在這三種方法中,對(duì)于不同的地區(qū)把單項(xiàng)傷害評(píng)估和總體傷害評(píng)估放在一起就是進(jìn)行的評(píng)估的主要準(zhǔn)則。另外這些試驗(yàn)還使人們了解了可能會(huì)受到很高負(fù)荷的一些局部的結(jié)構(gòu)部件的一些特性。按照歐洲NCAP規(guī)則的側(cè)面碰撞：在按照歐洲NCAP規(guī)則的側(cè)面碰撞,以50km/h的速度,在司機(jī)座位一側(cè)的可變形的鋁制管架障礙物和車(chē)進(jìn)行碰撞〔如圖3.2。圖3.2按照歐洲規(guī)則的側(cè)面碰撞按照美國(guó)的LINCAP規(guī)則的側(cè)面碰撞：這個(gè)規(guī)則的英文全文是LINCAPLateralImpactNewCarAssessmentProgam,即新車(chē)側(cè)面碰撞規(guī)劃。碰撞障礙物的速度為38.5mph〔每小時(shí)邁,角度為27度〔如圖。圖按照美國(guó)的LINCAP規(guī)則的側(cè)面碰撞在側(cè)面碰撞時(shí)受力的傳導(dǎo)：如果在側(cè)面碰撞是行駛的障礙物碰撞到車(chē)上,首先是碰撞力傳到車(chē)門(mén)加固板和門(mén)鎖上面,然后傳到A柱,B柱和C柱上進(jìn)行分擔(dān)。在繼續(xù)變形時(shí)再傳到在B柱和C柱的車(chē)門(mén)加固板的保險(xiǎn)掛鉤。此外由于構(gòu)件已經(jīng)相互擠壓也使車(chē)門(mén)內(nèi)板壓到門(mén)檻上,側(cè)面車(chē)身面板被壓死。這就使框架的座艙內(nèi)受力變形〔如圖。如果這種擠壓變形繼續(xù)加大的時(shí)候,門(mén)檻上的力就繼續(xù)傳給座位下橫梁板,再傳給連接板梁,變速箱支撐座和底板板梁直到車(chē)身的另外一側(cè),同時(shí)對(duì)頂棚也加力了。對(duì)于不帶天窗的車(chē)身來(lái)講頂棚向另外一側(cè)傳力,對(duì)于帶天窗的車(chē)身則是由很高強(qiáng)度的天窗分擔(dān)了很大一部分力量。如果B柱靠在座椅旁,則高剛度的座椅框架會(huì)傳到車(chē)的另外一側(cè)。圖在側(cè)面碰撞時(shí)受力的傳導(dǎo)3.3車(chē)尾部碰撞按照美國(guó)的法律,聯(lián)邦各州機(jī)動(dòng)車(chē)安全標(biāo)準(zhǔn),尾部碰撞是70％的碰撞面,碰撞物的速度是50mph〔每小時(shí)邁〔80km/h,它的質(zhì)量為1368kg〔如圖3.3。障礙物上帶有可變形的鋁合金管架。碰撞試驗(yàn)是在油箱加油口側(cè)進(jìn)行,也用于對(duì)燃料加油系統(tǒng)的密封進(jìn)行檢驗(yàn)。另外也檢測(cè)了在這種負(fù)載下的車(chē)結(jié)構(gòu),座椅結(jié)構(gòu),后橋和行李廂里面的各個(gè)部件的情況。圖3.3按照美國(guó)規(guī)則的尾部碰撞在車(chē)尾部碰撞時(shí)的受力傳導(dǎo)：在障礙物和車(chē)的尾部相碰撞時(shí),碰撞力經(jīng)過(guò)保險(xiǎn)杠架子可變形構(gòu)件分配到車(chē)的兩邊。在碰撞速度大約是15km/h的時(shí)候,這些被碰撞的可變形構(gòu)件非常容易更換,費(fèi)用不高。在更高的速度時(shí)則會(huì)使縱向支撐架產(chǎn)生變形。這個(gè)力再經(jīng)過(guò)后橋支撐和車(chē)輪子,在全車(chē)身寬度上分布,作用在后部底板和門(mén)檻成形構(gòu)件上。在車(chē)身側(cè)板后上部區(qū)域有受力分布和力的衰減變化。力傳導(dǎo)到C柱上,再到頂棚,一部分傳到車(chē)門(mén),向前傳遞〔如圖。在側(cè)面框架的高負(fù)載區(qū)域和后橋支撐架連接處還有附加的加強(qiáng)構(gòu)件。還有一部分力要傳到萬(wàn)向軸,到發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱以及排氣裝置和電池上面。在萬(wàn)向軸的區(qū)間有專(zhuān)門(mén)的可變形件。鋁制的萬(wàn)向軸在中間軸承上有錐形法蘭,但鋼制的萬(wàn)向軸帶有外罩長(zhǎng)管。由于油箱是在后橋前面的最佳位置,在尾部碰撞時(shí)不會(huì)對(duì)油箱有損壞。圖在車(chē)尾部碰撞時(shí)的受力傳導(dǎo)四．安全車(chē)身的發(fā)展富士公司已經(jīng)對(duì)安全身進(jìn)行了研究,包括剛性乘員單元和車(chē)頭、車(chē)尾部的變形區(qū)域,并將其安全車(chē)身注冊(cè)專(zhuān)利。隨著技術(shù)不斷發(fā)展,各大廠商不斷在車(chē)身安全性方面進(jìn)行研究。如豐田公司的碰撞安全性車(chē)身GO