背景
隨著人們安全意識(shí)的提升，車輛安全性在消費(fèi)者購(gòu)車因素中所占比重越來(lái)越大。對(duì)于用戶而言，碰撞事故發(fā)生后能有效保護(hù)車上人員安全是最直接的需求。而對(duì)于工程開(kāi)發(fā)人員，如何將碰撞事故中的用戶安全轉(zhuǎn)化為車輛開(kāi)發(fā)中可量化分析的設(shè)計(jì)指標(biāo)，在輕量化、低碳化背景下滿足用戶安全需求成為開(kāi)發(fā)者需要掌握的重要前提。

側(cè)面碰撞工況
法規(guī)及NCAP體系為整車開(kāi)發(fā)提供了很好的思路。基于車輛事故統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，分析事故形態(tài)及乘員傷害水平分布情況，可以將安全事故簡(jiǎn)化成幾種典型的碰撞工況，如正面全寬碰撞，正面偏置碰撞，側(cè)面可變形壁障碰撞等等?；趲追N典型碰撞工況，開(kāi)發(fā)人員就可以確定分析對(duì)象及進(jìn)行相應(yīng)的力學(xué)分析，進(jìn)而提取車輛安全開(kāi)發(fā)的重要指標(biāo)，指導(dǎo)整車設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)。
圖1展示了典型的側(cè)面碰撞工況：

圖1 側(cè)面碰撞工況
可變形的蜂窩鋁壁障撞擊被撞車側(cè)面，模擬考察在側(cè)面碰撞事故中對(duì)車內(nèi)乘員的保護(hù)。目前主要的NCAP及保險(xiǎn)體系相關(guān)側(cè)面MDB工況可見(jiàn)圖2，碰撞形式基本都是一致的，均為可變形蜂窩鋁壁障以某一速度撞擊試驗(yàn)車側(cè)面。不同的是各國(guó)家和地區(qū)使用的壁障類型，壁障撞擊位置，撞擊速度和角度以及車內(nèi)假人類型有明顯差異，這與不同地域的事故類型特點(diǎn)，人體特點(diǎn)是相關(guān)聯(lián)的。


圖2 NCAP/保險(xiǎn)體系側(cè)碰工況（圖片資料來(lái)源SafetyCompanion-2019）

機(jī)理分析
對(duì)于上述所有側(cè)面碰撞工況，雖然壁障參數(shù)有所差異，但其受力機(jī)理都是一致的，可以將工況統(tǒng)一簡(jiǎn)化為如下質(zhì)量-彈簧模型[1,2]：

圖3 側(cè)面碰撞簡(jiǎn)化模型[1,2]
質(zhì)量-彈簧模型在理論設(shè)計(jì)階段提供了一種簡(jiǎn)單高效且相對(duì)準(zhǔn)確的分析方法，通過(guò)分析模型參數(shù)對(duì)碰撞過(guò)程的影響，幫助開(kāi)發(fā)者快速確定影響乘員傷害的重要因素。

進(jìn)一步的，對(duì)車內(nèi)乘員、與乘員對(duì)應(yīng)的車門(mén)結(jié)構(gòu)以及壁障受力情況繼續(xù)分解，以車門(mén)為分析對(duì)象，根據(jù)牛頓第二定律可知：

由此可得假人受力為:



圖4 側(cè)面受力分析
由公式（2）不難看出，減小壁障撞擊力、降低車門(mén)動(dòng)量（減小車門(mén)質(zhì)量或減小車門(mén)侵入速度）、增加車身結(jié)構(gòu)側(cè)面強(qiáng)度均可減小假人受到的作用力，即降低假人傷害水平。結(jié)合實(shí)際工況，不難提取針對(duì)工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)指標(biāo)：結(jié)構(gòu)侵入速度、結(jié)構(gòu)側(cè)面強(qiáng)度或結(jié)構(gòu)侵入量。
此外，從圖4側(cè)面受力分析可以看出，假人受力最直接來(lái)自于車門(mén)內(nèi)飾結(jié)構(gòu)。將車門(mén)飾板剛度簡(jiǎn)化為等效剛度K，撞擊過(guò)程中門(mén)飾板侵入量等效為δ，則假人受力可以用公式（3）表示如下：

由此可知，設(shè)計(jì)合適的門(mén)飾板剛度或結(jié)構(gòu)同樣可以減小假人受力，起到保護(hù)乘員的效果。側(cè)面安全氣囊的作用正是利用這個(gè)原理，一方面降低結(jié)構(gòu)與人體的接觸剛度，使作用在人體的作用力較?。涣硪环矫嫱ㄟ^(guò)這一持續(xù)的分散作用力將人體推開(kāi)，遠(yuǎn)離碰撞區(qū)域，達(dá)到保護(hù)乘員的效果。
有了上面的理論基礎(chǔ)，在整車開(kāi)發(fā)流程中就可以明確把車身結(jié)構(gòu)的侵入速度，侵入量以及約束系統(tǒng)配置等作為設(shè)計(jì)指標(biāo)，做到有的放矢的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)優(yōu)化。

參考文獻(xiàn)
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