浅谈汽车碰撞安全研究

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1、汽车碰撞与安全研究车辆工程陈国强摘要：汽车的碰撞安全性问题是当今世界汽车工业亟需解决的一大难题，提高汽车碰撞性能的最基本的途径是发展汽车碰撞安全性设计与改进技术。文中主要介绍了汽车碰撞技术的发展现状，国内外相关的法规，并对汽车碰撞安全性的设计方法，如经验法、解析法、多刚体动力学法、试验法以及有限元方法进行了归类和总结。关键词：汽车碰撞；安全；现状与发展Abstract:Vehiclepassivesafetyissueisabigandurgentproblemforworld-wideautomobileindustrytosolveassoonasposs

2、ible.Thebasicapproachofprotectingpeoplefrombeinghurtorkilledinanaccidentistoimprovecrashworthinessofvehicles.Thispaperstartswithdiscussingtheoriesandmethodsforvehiclepassivesafetydesign,whichincludedexperientialmethods,analyticmethods,multi-bodydynamicsmethods,crashtestmethodsandthe

3、finiteelementmethod.Keywords:Autocollision;safety;currentconditionsanddevelopment0引言科学技术的发展，汽车己经成为人们生活中必不可少的交通工具。而在汽车交通事故中每年的死伤人数，常常超过世界的局部战争，交通事故已经成为人类社会的重大公害之一。从全世界的统计数字来看，每年因道路交通事故而死亡的人数已高达50多万人[1]。与世界其他各国相比，我国的汽车总拥有量只占5%，而交通事故死亡人数却占100%[2]，并且碰撞事故中的死亡率也大大高于欧美、日本等工业发达国家，其中除了人为的因索外

4、，车辆本身的碰撞安全性达不到要求是一个重要因素。因此，汽车的碰撞安全性问题，已成为近十多年来汽车工业的主要研究问题和攻关方向，世界各发达国家都对汽车碰撞安全性做出强制性要求，并建立了各自的法规。1汽车碰撞国内外法规最早的汽车碰撞安全性法规诞生于60年代中期的美国[3]，在此之前，世界上并没有任何对车辆的碰撞安全性能进行要求限制的法规，一些有关汽车碰撞安全性问题的研究主要是依赖于汽车生产厂家的自觉性及对公众的责任感。1965年，美国汽车工业部门拨款一千万美元给密西根大学建立公路交通安全研究所[4]。1966年，设立了运输部，并颁布了公路安全法规和国家交通与汽车安

5、全法规，其中的汽车安全法规即著名的FMVSS系列法规[5]，它提出了包括关于事故防止、伤害保护、伤害后的保护及其它用以帮助提高汽车碰撞安全性的规则。安全法规在美国取得的成功给其它国家带来了启示，紧随美国之后，欧洲、日本等汽车工业发达国家的政府部门也相继采取了类似的行动，取得的效果同样也是非常显著。法规中比较有代表性的是美国的联邦机动车安全法规(FMVSS)和欧洲法规(ECE和EEC)[6]，其他如日本、加拿大、澳大利亚等国家的法规基本上都是参考美国和欧洲的法规制定的。中国已于2000年1月1日实施了“关于正面碰撞乘员保护的设计规则(CMVDR294)”，规定从

6、1999年10月以后新申请上目录的车辆必须满足该法规的要求[7]。对于该法规在实施前已经在我国销售的达不到该法规要求的进口车辆，则取消进口许可。对于达不到法规要求的在生产车辆，要求2002年7月1日前通过结构改造达到该法规要求，否则必须停止生产。2国内外研究现状汽车的碰撞安全性问题是世界汽车工业长期以来而临的一大难题，国外对这一问题的研究已进行了将近一个世纪，30年代即开始采用简单的实车碰撞试验，50年代之后发展了台车模拟碰撞试验，80年代以后发展了基于碰撞有限元理论的计算机仿真技术，目前国外在这一领域的相关研究大多采用这一技术[8]。1993年，英国交通研究

7、实验室(TransportationResearchLaboratory)对某一轿车的前撞进行了仿真计算，计算采用巨型机和OASYS-DYNA3D动态非线性有限元计算分析软件。整车模型由25000个变形单元组成，计算100ms的车辆撞击响应过程，耗时30cpu小时。计算得到了车辆撞击过程中的加速度变化曲线及车辆的撞击变形等[9]。1995年，美国Ford公司进行了轿车与护栏前撞的仿真计算。计算采用CRAYC-90型巨型机和RADIOSS商用非线性有限元碰撞分析软件[10]。整车模型由31500个节点、30800个单元组成。单元类型包含有壳单元、实体单元、梁单元

8、以及非线性弹簧单元等。计算得到了撞击时