汽车侧面碰撞保护技术

5.2 汽车侧面碰撞保护技术

在道路交通事故中汽车的碰撞位置千变万化，其中来自侧面的碰撞属于汽车侧面碰撞，汽车侧面碰撞可以分为直接碰撞和间接碰撞两种形式，直接碰撞是指车与车之间的碰撞，而间接碰撞是指由于车辆的滑移，跑偏等引起的与障碍物的碰撞，如树木，柱子等，侧面碰撞位居正面碰撞之后，是第二种最常见的碰撞形式。对于整个车辆来说，最薄弱的部位是汽车的侧面，在汽车中占比例最大的轿车来说，轿车的前部及后部、发动机、行李箱、相关车身及底盘部分的结构强度设计要大于车辆侧面结构部分，在正面或者后面碰撞过程中可以通过这些部分的结构变形来吸收碰撞能量。轿车发生侧面碰撞时吸能区域小，没有其前部、后部那样的足够空间发生结构变形来吸收碰撞能量，而且被撞部分与乘员的距离比较近，易于直接撞击乘员。因此与正面、后面碰撞相比，车辆侧面碰撞对乘员造成的伤害更大，对乘员的保护也就显得尤为重要。

第3章 现代汽车底盘新技术

5.2.1汽车侧面碰撞的研究

1. 国内外侧面碰撞的统计

据国外有关机构调查研究表明，交通事故类型中最多的就是碰撞事故，在各种汽车碰撞事故形式中，汽车侧面碰撞事故发生率仅次于正面碰撞，其造成死亡和重伤的事故约占25％，其中有43％~55％是在车对车碰撞事故造成的，另外12％~16％是由于车体侧面撞击到柱状物而造成的。在德国有半数以上的侧面碰撞对象是电线杆或大树等柱状物体，在2002年车祸中死亡的32335人中有23％是死于侧面碰撞的，他们当中的60％是死于侧面碰撞时车辆碰到狭窄物体或者是其他的轻型小货车的碰撞事故中。

在我国，由于我国城市道路的交叉路口以平面

交叉为主，机动车、非机动车混合交通现象极为严

重，导致交通事故类型中汽车侧面碰撞的事故发生

率最高。根据我国道路交通事故统计数据，

2001-2007年我国发生的交通事故中的前两大事故

形态数据统计如表1．1所示，表中数据表明近7

年来我国侧面碰撞事故是发生频率最高的事故形

态，远高于正面碰撞事故形态，其乘员死亡率仅次

于正面碰撞。由此可见，侧面碰撞是我国发生频次

较高、造成严重受伤人数较多的交通事故。提高我

国汽车产品的侧面碰撞安全性能，对改善我国道路

交通安全具有重大意义。

2. 新车评价程序NCAP 对侧面碰撞测试的规定

为了降低在侧碰事故中乘员受重伤和致命伤害的风险，各国都制定有汽车侧面碰撞法

我国不同形态事故统计数据

规，其目的是根据法规试验过程中测得的假人加速度，规定汽车的抗撞性能要求、车门加强要求和其他要求，以提高汽车侧面碰撞安全性。汽车企业产品开发的重要规范NCAP(New Car Assessment Program)，对新车的侧面碰撞安全性能做了相应的规定，各厂商在市场上销售的车型都按照NCAP 进行碰撞安全性能测试、评分和划分星级，向社会公开评价结果。

表5.x 各国新车评价规程中测试的速度

2006年7月25日，中国汽车技术研究中心正式发布了中国新车评价规程（C-NCAP ）。其中，侧面评价体系基本参考了侧面碰撞的国家标准GB20071-2006，但也有所区别：(1) 碰撞最低速度由49km/h 提高到50km/h ；(2) 采用假人为ES2；(3) 增加对假人背板力y F 和12T 的y F 与x M 的测量。C-NCAP 侧面碰撞试验工况，如图XX 所示。

试验评分将假人分为4个区域：头部、胸部、腹部和骨盆，每个部位最高得分均为4分，总分16分。其中各具体评价指标如下（括号内的数值分别为高低性能限值）：

(1) 头部：头部伤害指数36HIC （650~1000）和3ms 合

成加速度值（72~88g ）；

(2) 胸部：压缩变形量（22~42mm ）和粘性指数VC

（0.32~1.0m/s ）；罚分项背板力y F （1.0~4.0kN ）以及12T 的

y F （1.5~2.0kN ）和x M （150~200Nm ）；

(3) 腹部：腹部力（1.0~2.5kN ）；

(4) 骨盆：骨盆力（3.0~6.0kN ）。

此外对试验过程中的车门开户、安全带失效和试验后的

燃油泄漏也作了罚分规定。

3. 侧面碰撞中乘员伤害机理分析

在侧面碰撞事故中，被撞车辆承受的碰撞能量最终转化为2部分：(1) 转化为被撞车辆的系统动能；(2) 转化为系统内能，包括车辆自身吸收的能量和乘员吸收的能量。其中乘员吸收的能量是造成乘员伤害的根本原因，这些能量的传递通过车身与乘员之间的碰撞实现。在碰撞事故中乘员受伤害的程度直接取决于乘员与车身侧面零部件之间复杂的相互接触过程，一般称之为二次碰撞。

交通事故统计数据表明，在侧面碰撞中导致乘员死亡和身体严重操作的主要部位依次是头部、胸部、脊椎、腹部和骨盆。通过对碰撞后车辆结构损坏模式和乘员操作状况的分析，可以发现造成上述部位损伤的主要原因有：

(1) 车辆受到撞击后，侧面结构变形严重造成侵入量过大，致使乘员失去了必要的生存空间，即挤压造成的伤害；

(2) 乘员在二次碰撞过程中与车辆侧面零部件发生强烈接触造成的伤害。

二次碰撞中引起乘员伤害的直接接触，主要发生在乘员和内饰零部件之间，而乘员受伤害的程度主要由接触速度、接触刚度和接触位置所决定。

图XX C-NCAP 侧面碰撞试验工况

要提高车辆侧面碰撞性能，降低乘员伤害，一

是要控制能量转移，即加强车身横向结构刚度，使

更多的能量转换为被撞击车辆的系统动能；二是要

控制侧围变形，减少侧围的侵入量，保证乘员的生

存空间，降低由挤压造成的伤害；三是要控制二次

碰撞中直接引起乘员伤害的接触过程，根据乘员不

同部位的承受能力的不同和车身零件的侵入速度的

不同，来控制接触刚度。

5.2.2提高侧面碰撞安全性能——车身整体结构安全性能

上述分析可知，提高整车结构安全性能，加强车身横向结构刚度，可以控制能量转移，使更多的能量转换为被撞击车辆的系统动能，并且减少侧围的侵入量，保证乘员的生存空间，降低由挤压造成的伤害。提高整车结构安全性能总结有3种方法：

(1) 优化更改车身结构；

(2) 提高材料性能；

(3) 通过增加填充物质。

1. 车身结构的优化更改

在更改现有车身结构时，通常最有效的方法是增加适当的简单加强部件，并保证不影响其相关位置原有部件的功能。这样不会大量增加制造和工艺成本，有利于生产准备和优化比较，并且不影响现有生产组织的进行。但究其根本原因是车身结构的设计不合理，故设计师在车身结构设计时要充分考虑到车身结构的安全性能。

在车门设计时，合理设计防撞梁及其支架、中部加强板等横向传力部件，使其在撞击过程中能有效地将撞击力传递到侧围，减少车门的侵入量。同时优化车门与侧围的重叠范围，在碰撞时维持车门和侧围结构保持良好的结合。门内饰的设计在满足功能要求前提下，减少不必要的加强筋，从而减少二次碰撞对乘员的伤害。

B 柱的设计应最大化B 柱位于窗框下方部分的抗弯曲能力。避免B 柱在乘员的胸部区域弯曲失效。优化设计，引导B 柱在碰撞时的变形方式，使得B 柱以一个平滑的方式产生弯曲变形。同时合理设计B 柱上、下端与车体的连接部位使撞击力尽可能地通过地板横梁和车顶横梁向非撞击侧传递。

车身横向承载结构的设计应保证横向承载结构能有效地将撞击力传递到另一侧。合理设计横梁截面，保持从一侧到另一侧的结构连续性。优化横梁的接头设计，使得车身横向结构与纵向结构间保持充分的连接。在障壁车的碰撞区域内布置足够的横向承载结构。局部进行加强以加快载荷传递的速度，稳定载荷传递路径的结构。例如，车身采用“3H ”形结构方案在欧美最为流行。如图XX 所示，“3H ”是指在车身的底部、侧面和顶部的骨架都呈现“H ”形，并组成立体框架的设计，这一车身结构为

高刚度、封闭式承载式车身，“3H ”形结构能合理地

分流在碰撞中传导的力，提高车身横向承载能力，减

少车体的变形量，从而改善整车的碰撞性能。

优化座椅设计和布置，使得座椅管柱处在碰撞障

壁前端接触区域内。适当布置中央通道支撑件，以传

递座椅管柱的载荷。适当地对座椅管柱周围的车身侧

围以及门结构进行设计，以确保其与座椅管柱能更早

地接触。 图XX 侵入量过大造成乘员死亡

图XX “3H ”形结构方案