汽车碰撞的安全设计及其过程分析

汽车碰撞与安全论文范文第六篇：汽车碰撞的安全设计及其过程分析

　　摘要：近年来我国市场经济体制不断完善， 经济一直呈高速发展状态， 汽车已经逐渐成为城市乡村道路上的主要交通工具之一， 但是在对于环境保护问题重视程度日益提高的当下， 汽车尾气的排放量和燃油的消耗量问题不仅受到汽车生产厂商的重视， 也引起了社会各界的广泛关注。想要降低汽车的燃油消耗和尾气排放， 减小汽车自重是一项关键因素。在国际汽车市场上减小汽车自重的主要方法是使用轻量化的材料， 并且同时兼顾汽车的安全性和性能要求。本文主要以汽车车身结构安全部件材料匹配优化设计展开研究和讨论， 以期我国汽车制造业提供一定参考。

　　关键词：汽车碰撞；安全设计；过程分析；

　　作者简介：邓婕 （1999.03-） , 女， 汉族， 山西临汾人， 中北大学朔州校区， 本科， 研究方向：气囊， 车身结构， 油箱保护等安全在安全工程中的应用。；

　　一、引言

　　随着汽车在我国居民中的普及程度逐年上升， 如何降低汽车的燃油消耗和尾气排放量已经成为社会各界和汽车厂商非常重视的问题。其中减小汽车自重是实现汽车轻量化最直接有效的方式， 具体手段最直接的就是采用轻量化材料。所以， 大多数汽车生产厂家都会选择高强度钢材这种在汽车轻量化和耐碰撞的安全性方面表现突出的材料， 一方面满足了对于汽车环保性能的要求， 另一方面也对车身结构的安全性提供了一定保障。

　　二、汽车碰撞过程分析

　　（一） 建立汽车正面碰撞的仿真模型

　　我们以福特金牛座这一美系经典家用轿车的整车模型作为整车碰撞的有限元模型， 将另一重量和体积相似的中型家用轿车作为对象进行正面碰撞试验， 经过碰撞试验后， 将实验的结果及仿真结果中左右后座椅的平均加速度曲线进行比较， 再结合碰撞之后汽车的变形情况综合考虑， 本次的实验结果和仿真结果具有较高的一致性。以此证明利用仿真模型进行计算也可以保证计算的精确性， 以仿真方式代替真实实验， 一方面可以节省实验成本， 另一方面也可以保证实验计算的真实性， 为实验研究提供方便。

　　（二） 汽车碰撞传力路径分析

　　汽车传力路径主要针对正面碰撞中的流动应力进行分析， 主要通过明确汽车碰撞时的应力变化和部件截面展开进行分析。汽车传力路径具体表现在以下几点： （1） 车辆和刚性避障产生正面碰撞时， 一旦车辆前保险杠发生弯曲， 冲撞力会直接转移至前纵梁， 然后将力量直接传输至A柱下端、门槛梁以及底盘纵梁等位置， 最后整体向车辆后方传递。

　　（三） 汽车碰撞能量分布分析

　　以汽车碰撞的传力路径为基础， 我们能够检测到汽车安全部件的能量分布分析， 确定哪些具体部件能在发生正面碰撞时能够在传力路径上起到吸能作用。对这些部件进行进一步的能量分布分析， 可以发现A柱上端的吸能能力较A柱下端要小许多， 从而可以判断在A柱下端承担了大部分车辆正碰时乘员舱部分的吸能任务。同时通过分析各部件在碰撞时的能量分布， 可以更加明确在正碰过程中承担吸能任务主要部件， 以便于对其进行强化。

　　（四） 汽车材料敏感度分析

　　针对汽车车身材料的匹配优化设计， 还需要对其车身材料敏感度进行分析， 主要是通过正交试验的方法进行敏感度分析， 对多种车辆运行情况下的影响因素进行有效地主次排序， 从而选择适配性最好的车身材料。在当前汽车市场中， 最适宜汽车车身制造的无疑是高强度的钢材料， 但钢的强度越高， 就意味着成本越高。所以在部件材料的选择上， 必须要保证碰撞性能的更好改善和成本的更有效控制， 一方面达到控制车身材料和部件的材料及成本的目的， 另一方面也对车身结构的安全性提供更好的保障。

　　三、汽车碰撞安全性设计原则与方法

　　在汽车发生正面碰撞时， 想要保证汽车的安全性， 首先需要保证汽车结构具有较好的吸能特性。具有良好吸能特性的车身结构可以保证车体的加速度和入侵控制产生良好匹配， 使得汽车在发生碰撞的过程中更加安全。因此， 汽车正面碰撞的安全设计一般坚持如下原则： （1） 为了避免乘员收到较大冲击， 乘员舱的加速度参数必须控制在较小范围内； （2） 保证乘员生存空间尽量大， 提高乘坐人员的安全系数， 使转向柱后移量尽可能小， 需要将前围板侵入量数值设置尽可能低。

　　汽车的正面碰撞安全性设计实际上是设计师的主观行为， 因此在选择设计对象时的主观性会比较强， 对于设计过程中材料的选用往往会缺乏交互性， 例如在材料的材质和厚度方面。对汽车车身安全结构部件材料进行匹配和优化的主要目的在于分析汽车在运行或发生碰撞时能量的分布情况和实际传力路径。通常有两种方法， 第一种是设计对象未确定时， 设计师需要以碰撞数据为基础选择汽车的安全设计部件为设计对象， 通过敏感度、力度等一系列分析最终确定对汽车正面碰撞安全性能影响较大、较直接的部件。通过对这些部件进行匹配、优化和升级， 能够有效地降低选择设计对象的难度。第二种是已经选定涉及对象， 设计师可以通过近似模型优选或多目标优化材料的厚度及材质， 同时兼顾部件之间的交互性， 进而达到车身材料结构参数的连续变量与离散变量的综合性优化。

　　四、结束语

　　本研究对汽车碰撞过程利用仿真模型进行模拟测定， 进而对车辆正面碰撞时传力路径及能量分布的进行分析， 最后通过不同材料的敏感度筛选出最适宜的设计方案， 这样可以使车身在保证安全性能的前提下完成整体质量的轻量化。从方法的有效性和准确性来看， 本文采用的方法有显著的优势， 可以有效地对当前汽车车身设计提供一定指导， 不仅能够缩短汽车产品的研发周期， 还能够整体提升汽车车身结构碰撞过程中的安全性。

　　参考文献

　　[1]尹安汽车身结构安全部件材料及其匹配优化设计分析[J].企业文化（中旬刊），2016, （4） :250.

　　[2]吴忠来如何优化设计汽车车身结构安全部件材料的探讨[J]科技展望， 2016, （9） :54.

　　[3]鲁永胜。商用安全带固定部件结构研究[D]青岛理工大学， 2016.