汽车碰撞的基本规律

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类别的轿车之间的相互碰撞分析研究， 给出撞压系数矩阵和判速方程. 在交通事故分析中我们可以依据 各种碰撞形式有 / ( 0 ( 1 的撞压系数 判速方程， 通过撞压后的变形量来获得肇事车辆的碰撞速度 . 显然， 矩阵与之对应， 且一维碰撞的撞压系数阵为对称阵. 上述理论分析中引入撞压系数的概念之后， 使汽车碰撞的诸规律可用简洁的解析式来表达， 而撞压 系数的定义实际上表征了汽车碰撞中结构柔度的变化特征 . 影响汽车碰撞后变形的主要因素有车载质量、 乘员数量及碰撞角度， 经过大量的计算分析， 我们又 给出车载质量和撞压角度的修正系数 . 同时考虑到碰撞变形的非线性特性， 我们采用误差均衡的方法来 且在小于 (’3, * 4 的低速碰撞下， 撞压系数与碰 处理计算机的计算结果， 经此处理后， 误差约 ’2 左右； 撞速度呈良好的线性关系 . 考虑到交通事故中常见小客车碰撞大货车， 还对此进行了专题的研究 . 为了 “交通事故分 方便交通警察使用， 将上述成果与国家相关法规、 电子地图、 车型数据库等基础数据汇编成 析专家系统” 软件， 经大连市交通警察支队使用， 受到普遍的好评 .
"4 ， 算得奥迪车行驶速度为"(+%$ # 3/ ,
轴距 # $$ , (’) , !)"
轮距 # $$ " !(* # " !(’ " !*, # " !*,
备注 *人 " 人及货物
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验证结果 采用两种方法对其进行验证/ 方法"： 由奥迪车制动印迹推算车速 6 ! 7 奥迪车制动后轮胎在地面上留有三部分印迹， 碰撞前制动拖印*.$， 碰撞接触点到停车处直线距离
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碰撞过程数字特征
碰撞速度与撞压变形 汽车碰撞前方障碍物后， 车体撞压变形量随碰撞速度的增大而增加， 当碰撞速度小于 (’3, * 4 时，
当碰撞速度大于 (’3, * 4 时， 二者成非线性， 且随碰撞速度的增 二者成线性关系， 其相对误差小于 #2 ； 大非线性也在增加 . 对于不同轴距的小客车， 碰撞速度与撞压变形关系由 5 %" 6 式给出 . 需要说明的是， (’3, * 4 以下碰撞速度与车体撞压量 的线性关系是美国国家道路安全局 在试验的基 %-" 台车试验的统计结果， 础上提出撞击力是结构刚度系数的线 性关系 / ! 1 ， 本文的计算结果就是与美 国线性假定下的计算结果进行对比， 其误差小于#2 ， 参考美国对轿车的分类， 将小客车按表%分类 / ’ 1 ： （%"） 式中特征常数的下标 ! 是与轿车的类别一一对应的， 即 ! 7 %， …， #， (. "# $ 时间变化 汽车碰撞持续变形时间： 随碰撞相对速度增加， 碰撞持续时间逐渐减少 . 汽车与汽车碰 !" & -",8； 碰撞持续时间随汽车刚度不同 撞持续时间略长于汽车碰撞刚性障碍壁的持续时间. 汽车与汽车碰撞时， 而略有差别. "# " 汽车碰撞刚性障碍壁中速度损耗 经过大量的计算， 我们发现汽车碰撞刚性障碍壁时， 速度损耗量为碰撞前的 $"2 左右， 当汽车与汽 车碰撞时， 碰撞过程中速度的损耗量低于汽车碰撞刚性障碍壁的损耗量， 为#"2 & #’2 . "# % 能量变化 汽车碰撞刚性障碍壁时， 碰撞过程中损失的能量为总能量的 ’’2 左右， 当汽车与汽车发生碰撞时， 碰撞过程中损失的能量低于汽车碰撞刚性障碍壁时损失的能量. "# & 轿车与货车碰撞 当小客车与货车碰撞时， 若货车的质量是小客车质量的 $ 倍以上， 则其碰撞特征与小客车碰撞刚性 障碍壁的特征相当， 两者的误差为’2 .
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汽车碰撞的计算分析
计算分析采用 ;<=>= ? @= ( A><; 计算分析软件， 该软件以显示为主、 隐式为辅的通用非线性动力
% ’， !+
分析有限元程序， 可以求解各种二维、 三维非线性结构的高速碰撞、 爆炸和金属成型等非线性问题
# 所用模型均对实车测量后应用软件的前处理部分进行实车建模# 在计算过程中， 首先以美国的实验数据
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&’ .- $!’ $ & ! ,$%!! 撞击力的变化 在动量定理中引用撞压系数定义， 不难推导出汽车碰撞过程中碰撞力的表达式 # $! $ .,$% ! 汽车碰撞速度与撞后变形量表达式 *$ !/ $
（1）
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#$ （2） ,$% 0 式中,$% 0 为撞压系数 & 由 % 0 3 0 + 矩阵给出， 一维碰撞下的撞压系数矩阵为对称阵 ) ， 其中 0 为碰撞类别， 即 正面碰撞、 垂直碰撞、 追尾碰撞# !" % 汽车碰撞前方刚性障碍物 经过模拟计算发现 4 汽车碰撞刚性障碍物的基本规律为弹道方程式 ! $ !567 " ( 由此可确定 ! 1 "$ ( %2$ 3 /$ $ 式中 4$、 2$、 /$ 为与汽车刚度相关的特征常数# & -, ) 式称为判速方程# （-,） 0 !’ ’!,’ 89: " （"）
为基础， 对计算程序和模型进行考核， 之后进入计算研究# 碰撞模拟的计算结果表明， 低速碰撞时撞压变 形量与美国的试验数据误差仅为-B # 模型的网格大小是这样获得的： 在进行计算分析之前， 将同一车型分别划分成-万单元、 ’万单元和/ 万单元的模型， 对这三种模型计算分析， 结果表明， 当网格达到一定数量之后， 再加密网格， 其收敛性是 相同的# 在计算两辆车碰撞时， 两辆车共-. ,,,单元、 在 CDDD2,, 的计算机上需.! E 才能完 ’- 2/’个节点， 成一例计算# （见表 - ） ， 经过对不同 依据美国对轿车分类的方法， 结合我国轿车的特点将我国的轿车分为六大类
刘学术， 等： 汽车碰撞的基本规律
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大交通事故/ #$ ! 事故现场及车损情况 % 见图! & 奥迪车： 经测量车体纵向挤压变形量"*+0$， 车 体前部向右歪鼻子变形量*+0$/ 捷达车： 车体侧向凹入量为",/ .0$/ #$ " #$ ’ 车辆主要参数 车辆主要参数见表,/ 车速计算 应用交通事故分析专家系统计算奥迪车的车 速： 奥迪车属于!类刚度， 捷达车属于 , 类刚度， 垂直 奥迪车撞压变形量为 碰撞的撞压系数 !,! 1 +/ -). ， 捷达车 !, 1 ",0$， 奥迪车车速 !" 1 "*+0$， "1 #! 1 "!. 2 %$ # 3 4 !,!
Βιβλιοθήκη Baidu
汽车碰撞的基本规律
刘学术，于长吉
（大连理工大学 动力工程系， 辽宁 大连 !!"#$%） 摘 要：应用非线性有限元结构分析软件对多种汽车进行碰撞过程的计算机模拟计算 & 在数
百例碰撞算例的计算结果中， 对速度、 加速度、 撞压变形、 能量、 碰撞力作了统计分析， 给出了统 计规律和相应的解析方程& 关键词：汽车碰撞；撞压量；速度；加速度 中图分类号 ’ ($)# 文献标识码 ’ *
!"#$% &’$(%$)*+# ,- .,/,’ 0+1$%*+ 2,**$#$,(
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表! 类别 轴距 * +, % ! #!" # #!% & #’% 小客车分类 $ #’# & #(# ! #($ & #)$ ’ #)! & #-! ( "#-’
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案例
在大连—庄河快速路得胜路口处发生一起重大交通事故， 辽 9 ・ ::::: #""# 年 # 月 - 日 %" 时左右， 奥迪轿车前部撞击辽 ;・ ::::: 捷达轿车右侧， 造成捷达车严重受损、 奥迪车起火报废、 四人受伤的重
制动开始到实现完全制动距离 ",$/ 由此可推算出肇事车速度为： 碰 (,$， " 1 ",.%$ # 3/ 在研究中发现， 撞过程中速度损耗占碰撞前速度的,+8 9 ,.8 ， 由此可得肇事车辆行驶平均速度为"(+%$ # 3/ 方法,： 由被撞车侧面变形计算撞击车碰撞速度 日本给出两辆车都在行驶时， 垂直碰撞的碰撞速度的经验公式 6 " 7 / 2 "" 4 " 1 !-/ ) 2 %*/ -’ # ( : " 4 , 2 4 2 4 2 式中 ( 为被撞车侧面的压缩长度 $ ； ’ 为被撞车侧面的压缩面积 $ ； " 为撞击车碰撞速度 %$ # 3 4 / 将 ( 1 */ !$ ， 由" 1 ’ 1 */ **$, 代入上式有： " 1 "!)%$ # 3/ 再考虑到碰撞前有 *.$ 长的制动拖印，
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汽车碰撞基本规律
能量变化规律 汽车碰撞的总能量和塑性应变能由下式确定 T ! $ ! $ "# $ % !! " ! ’( ’(M) ! （!）
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收稿日期 ’ $##%1#"1!Q 作者简介 ’ 刘学术 < !X))1 J ， 男， 教师 &
刘学术， 等： 汽车碰撞的基本规律
假定汽车以 " 角、 速度 ! 撞击前方刚性障碍物， 并考虑平均受力、 变形假定， 则应力 !( $
*) $ ； 其中下标表示相应的各轴分量# 且 #() $ ,； 引入撞压系数 ,$% $ ， 即单位碰撞速度下的汽车车身撞压 +) ! 变形量# 于是有 . !( - $!( - $! )$ & ) $ (& .( ,$% !( ,$% ! . !) - $! - $!) )$ & ) $ )& .) ,$% !) ,$% ! &’ $ ’-# $!’ ! ,$%! &!) &.) &/) &0)
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" $% 为应变速率张量# 式中 ! 为速度； ! " 为体积； # 为质量； !$% 为应力偏张量； 在刚塑性假定下， 对于平面问题， 经过简化处理可得 &’ $ " .! . !) .! . !( % !( & ’ ( ( ) * !) & ’ ) ( )+ ! .( .) .) .( （’） *( ， !) $ +(
第 !) 卷第 " 期 $##% 年 !! 月
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道路交通事故现场图
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表" 车辆主要参数 参 车型 奥迪车 捷达车 长 # $$ ! )-* ! *’. 宽 # $$ " ’"! " ()! 高 # $$ " !,, " !". 总质量 # %& " *(+ " (++ 数