基于汽車對墻壁正面碰撞的汽車安全技術研究

趙海龍

（長安大學汽車學院，陜西 西安 710064 ）

基于汽車對墻壁正面碰撞的汽車安全技術研究

趙海龍

（長安大學汽車學院，陜西 西安 710064 ）

從汽車出現(xiàn)至今，其速度有了大幅度提升，碰撞后的后果也越來越嚴重，所以汽車安全也逐漸引起了人們的重視。經(jīng)過多年的發(fā)展已經(jīng)研究出了諸多安全技術來保證其安全性。同時，隨著我國汽車保有量高速增長，汽車安全也顯得愈加重要。文章介紹了汽車碰撞過程和乘員損傷機理，并通過對汽車正面撞擊墻壁的簡化分析，討論分析了汽車被動安全技術，也介紹了一些基于碰撞避免的主動安全技術。

汽車碰撞；被動安全；主動安全

CLC NO.:U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)15-81-02

1 我國汽車安全現(xiàn)狀

隨著我國經(jīng)濟的快速增長，人們對汽車剛性需求保持旺盛。根據(jù)公安部交通管理局統(tǒng)計，截至2016年底，全國汽車保有量達1.94億輛，凈增2212萬輛，汽車駕駛員也超過了3.1億人。汽車給人們帶來便捷的同時，也帶來了不容忽視的安全問題。即便近年來交通事故的發(fā)生率呈持續(xù)下降趨勢，但與一些發(fā)達國家比較我國交通事故死亡率還是較高。相對于其它行業(yè)，交通事故死亡人數(shù)也比較高。同時，也帶來了一系列社會問題，嚴重影響了人們的生活。

2 碰撞過程及人體損傷機理

2.1 碰撞過程

碰撞前：駕駛員發(fā)現(xiàn)險情，做出緊急措施，并與障礙接觸。

碰撞中：汽車與障礙發(fā)生碰撞（一次碰撞），人與汽車內(nèi)部構(gòu)件發(fā)生碰撞（二次碰撞）。

碰撞后：整車各部分停止運動。

2.2 人體損傷機理

1）碰撞過于激烈，以致司乘人員身上承受過大的能量及加速度，使人體受傷。

2）駕駛室變形過大，使司乘人員失去生存空間，人體受擠壓造成傷亡。

3）未使用安全裝置，以致人體與擋風玻璃，方向盤等發(fā)生碰撞造成傷亡。

3 汽車對固定墻面正面碰撞簡化分析

3.1 簡化

1）汽車以較高車速發(fā)生碰撞時，在汽車前部發(fā)生變形的汽車組織大部分受到巨大沖擊力而發(fā)生塑型變形，只有小部分發(fā)生彈性變形。這里，將汽車變形簡化為完全塑型變形。

2）汽車前部構(gòu)件分布不均，各部分物理參數(shù)也不盡相同。為了簡化計算，將受撞擊部分物理參數(shù)視為均勻一致，且不發(fā)生振動。所以汽車前部塑性彈簧系數(shù)k可以看作常數(shù)。即k=c。

3.2 物理學分析

1）能量關系

E1車身變形吸收的能量E2：安全裝置吸收能量

E3加載在人體上的能量E4：其它形式能量（氣體阻力，摩擦阻力做功等）

2）力與運動

由k=c可得F=kx且F=ma

面積的大小代表了單位質(zhì)量能量的大小。

圖1

圖2

4 汽車安全技術

4.1 被動安全技術

1）安全車身

由能量分析中可知，提高車身前部所吸收的能量，可有效減少施加在人體上的能量。研究表明材料壓潰變形吸收的能量比彎曲變形吸收的汽車撞擊能量主多。所以如何選材和結(jié)構(gòu)設計成為研究重點。

由圖2可知，碰撞能量相同時，適當減小汽車前部強度，即減小了塑形彈簧系數(shù)k值，可減小施加在人體上的加速度。同時，乘員艙必須有足夠的強度以確保乘員足夠的生存空間。

2）汽車安全帶及安全氣囊

汽車安全帶是最有效的被動安全防護，統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，佩戴安全帶可減少傷亡率15%～30%。在交通事故及緊急制動時，安全帶限制人體的突然移動，防止和減少人體所受傷害。近年來，為了提高安全帶的約束性能，開發(fā)出了智能預緊式安全帶，以及氣囊式安全帶。

安全氣囊的作用是一旦撞車發(fā)生，且達到其設計碰撞強度后，可立即啟動可防止乘員撞到方向盤和儀表盤并吸收乘員的動能，減少二次碰撞的傷害。在今后研究中，可以充分利用越來越成熟的現(xiàn)代電子控制技術，根據(jù)乘員的身高體重及坐姿來采取不同的打開方位及充氣量以達到更好的保護效果。

3）安全轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

汽車發(fā)生正碰時，人由于慣性力撞向轉(zhuǎn)向盤，人體的動能一部分被約束裝置吸收外，另一部分傳遞到轉(zhuǎn)向盤及轉(zhuǎn)向柱上，通過可收縮吸能轉(zhuǎn)向管柱、伸縮式轉(zhuǎn)向中間軸和吸能轉(zhuǎn)向盤吸收能量，也確保了駕駛員足夠的生存空間，達到保護駕駛員的目的。

4.2 基于事故避免的主動安全技術

1）輪胎壓力檢測系統(tǒng)（TPMS）

TPMS主要用于汽車行駛時對輪胎氣壓溫度等參數(shù)進行實時監(jiān)測，在出現(xiàn)危險狀況即輪胎漏氣和低壓狀態(tài)時進行報警，因而可最大限度避免由爆胎引起的交通事故。使得駕駛員在高速行駛時最擔心的問題得以最大程度解決。

2）碰撞預警安全技術（PCSS）

PCSS被稱為“永不疲倦的第三只眼”，它是一種利用信息、通性、檢測、控制等技術偵測車輛周圍動態(tài)狀況，當預判到有撞車危險時，提醒駕駛?cè)嘶蜉o助駕駛?cè)瞬扇”匾胧┗蛘咦詣泳o急制動等措施以避免交通事故發(fā)生或減輕事故傷害程度的主動安全技術。

3）制動輔助系統(tǒng)（BAS）

BAS系統(tǒng)通過對駕駛?cè)瞬忍に俾世斫庵苿有袨?，系統(tǒng)通過感應作用于制動踏板的制動壓力大小檢測緊急制動情形（駕駛員快速且大力地踩制動踏板），然后在幾毫秒內(nèi)啟動全部制動力，可有效減小制動距離，產(chǎn)生最大的制動效果。

5 總結(jié)

汽車主動安全性對于預防交通事故有重要作用，其主動安全性越好，交通事故發(fā)生率則會有效降低。而提高汽車被動安全性可以在主動安全系統(tǒng)無法避免的情況下避免和減輕司乘人員的傷亡。所以，汽車主動安全技術與被動安全技術是相輔相成的，將兩者有機結(jié)合起來，將會使得汽車安全性大大提高。

同時，我們也可以看出，主動安全技術與被動安全技術都是朝著智能化方向發(fā)展。適應更復雜交通狀況的智能化汽車安全技術將不斷地應用在汽車上，進一步提高安全性。

[1] 葛如海,劉志強,陳曉東. 汽車安全工程[M].北京：化學工業(yè)出版社,2005.

[2] 鄭安文,郭健忠.汽車安全概論[M]. 北京：北京大學出版社，2015.

[3] 宋健,王偉瑋,李亮,于良耀.汽車安全技術的研究現(xiàn)狀和展望[J].汽車安全與節(jié)能學報,2010,1（2）:98-106.

[4] 魏道高,周孔亢.汽車實車碰撞過程人體的響應[J]. 洛陽工學院學報,2002,23（3）:80-83.

A vehicle safety technology research based on automobile head-on collision with wall

Zhao Hailong

（Automobile School of Chang'an University, Shaanxi Xi’an 710064）

Since automobile appeared, its speed has been high ascension, the result of collision is becoming more and more serious, so the automobile safety also gradually aroused people's attention. So far, there are a lot of security technologies to ensure the safety though many years’ development. At the same time, with the growth in automobile ownership, its safety is more important. This paper introduces the automobile collision and occupant injury mechanism, and through the simplified analysis of the automobile head-on with wall, discussed and analyzed automotive passive safety technology, also introduced some of the active safety technology based on collisionavoidance.

automobile collision; passive safety; active safety

U462.1

A

1671-7988 (2017)15-81-02

趙海龍，就讀于長安大學汽車學院。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.15.029