车辆安全性能的研究现状

【摘 要】随着车辆保有量的不断增加和车辆行驶速度的日益提高使交通事故频发，造成的人员伤亡数量和经济损失巨大因此车辆安全性能的研究成为现今的热点。

【关键词】碰撞；安全装置；研究现状

1、车辆安全性能

车辆安全性能的研究中分为“主动安全性”和“被动安全性”。“主动安全性”是指车辆能够识别潜在的危险因素而自动减速，或者当突发因素作用时，能够在驾驶员的操纵下避免发生碰撞的性能，包括可靠性，环境可见性，操纵稳定性和加速制动性。而“被动安全性”则是指车辆发生不可避免的交通事故时，能够对车内乘员或车外行人进行保护，以免发生伤害或者将伤害减到最低程度的性能。因此，车辆被动安全性技术仍是保护车辆乘员及行人安全的主要对策，是车辆安全性领域研究的重要内容。车辆被动安全性的研究内容包括：

1）车身结构耐撞性研究：主要是研究轿车和微型客车的车身结构对碰撞能量的吸收特性，寻求改善车身结构耐撞性的方法，使得车身结构在外力冲击下能以预计的方式变形，其变形能量控制在一定的范围内。

2）人体碰撞生物力学研究：主要研究在碰撞过程中，人体各部分伤害机理、人体各部分的伤害极限、人体各部分对碰撞载荷的机械响应。

3）乘员约束系统及安全驾驶室内饰组件的开发研究：主要研究不同形式的安全带和安全气囊的机械特性，以获得最优的约束性能，避免人体与驾驶室内饰发生二次碰撞；研究开发安全座椅体、吸能式转向柱、安全仪表板、内装饰组件的吸能衬垫材料，使得人体与之发生二次碰撞时，所受到的伤害最小。

2、碰撞事故中乘员伤害原因及相应对策

车辆发生碰撞事故一般是指车辆和外部事物之间的碰撞，称之为一次碰撞。乘员与车辆内部结构的碰撞，称之为二次碰撞。乘员的伤害主要是由下述几种原因造成的：第一，在碰撞时，车辆结构发生变形，车辆构件侵入乘员生存空间，使乘员受到伤害；第二，碰撞时，由于车辆结构破损等原因，使得乘员的部分身体或全部身体暴露到车辆外面二受伤；第三，当车辆结构设计较好时，尽管车辆构件没有侵入乘员生存空间，乘员身体也没有暴露到车辆外部，但在碰撞的作用下，车辆的速度急剧减小，这时乘员由于惯性作用继续移动，与车辆内部结构（如方向盘，以表板等）发生碰撞而造成伤害。在第三种情况下乘员受到的伤害是直接由二次碰撞造成的。提高车辆的被动安全性，可从下面两个方面采取对策：第一，提高车辆结构的安全性，即使得车辆碰撞部位的塑性变形尽量大，吸收较多的碰撞能量，降低车辆减速度的峰值，尽量减缓一次碰撞的强度；使得车辆乘员舱部分有足够的强度和刚度，确保车辆乘员的生存空间，并保证发生事故后乘员能够顺利逃逸；同时保证碰撞时乘员身体不暴露到车外；第二，使用乘员保护系统，即使用安全带，安全气囊等乘员保护装置对乘员加以保护，为了提高安全带的约束性能，人们在安全带系统中增加了预紧器和卷收器，针对没有锁止能的卷收器，开发了自动锁止卷收器铷嗽和紧急锁止卷收器；另外，为了克服已有安全带对人体造成的伤害，一种新型的充气式安全带已在研究之中嘲。安全气囊主要用来防止乘员在正面碰撞事故中与驾驶室内饰件的二次碰撞。在碰撞过程中，人体伤害的直接原因是人体与内饰组件的二次碰撞。为了减轻和避免二次碰撞所造成的伤害，人们开展了内饰件对人体伤害的研究，并设计了安全座椅、吸能式转向柱、安全仪表板。因此，提高车辆被动安全性，要从车辆结构设计和乘员保护系统两个方面入手。

3、国内外车辆碰撞模拟研究现状

3.1国外车辆碰撞模拟研究

国外近20年计算机碰撞模拟技术得到了迅速的发展，已经有了许多成熟的用于碰撞模拟的商业化软件。目前，在国际上车辆被动安全研究方面，具有代表性的商业软件有美国的CDL3D软件、DYNA3D软件、ANSYS/LS.DYNA软件，荷兰的MADYMO软件，法国的PAM.CRASH软件。根据建模的方法和功能不同，可以将这些软件分成两类：一类是CV（SCrash Victim Simulation）碰撞伤害软件，主要模拟在车辆碰撞事故中乘员与环境的相互作用，以CDL3D和MADYMO为代表；另一类是采用显示有限元理论建模，主要用来描述车身结构的抗撞行，以DYNA3D、ANSYS/LS.DYNA和PAM—CRASH为代表。国外在车辆碰撞计算机模拟方面已经具备了相当的规模，达到了很高的水平。国外的GM、Ford、VolksWagon等大型车辆制造商，以及像国家碰撞分析中心（NCAC）这样大型的科研机构每年都进行几百次的碰撞试验对各种车型进行认证和考核。

3.2国内车辆碰撞模拟研究

国内在车辆碰撞仿真方面虽然起步较晚，但是在引进国外的先进软件之后，发展速度也是非常快的。目前在我国车辆的被动安全性是车辆安全性研究的重要课题，而且人们对车辆的被动安牟性的要求也越来越高。尽管我国对车辆被动安全性的研究不足十年，但取得了显著的成绩，不仅制定了和国际接轨的系列法规，而且在试验研究方面已经具备了开展模拟碰撞实验以及整车的碰撞试验能力。当前我国的车辆碰撞模拟仿真的研究工作主要分为两个方面：一个方面是应用有限元的方法研究在碰撞过程中的车辆车身、车架的变形情况，速度和加速度的值，以及各部分的应力分布情况；另一个方面应用多刚体动力学研究车辆在碰撞过程中，人体各部分的动态响应和人体备部分的伤害值。随着国家安全法规的实施，国内有许多家单位相继成立了碰撞实验室：长春国家车辆技术检测中心、天津国家车辆技术检测中心、上海市机动车检测中心、湖南大学车辆碰撞实验室等。它们的建立，极大的促进了实车试验和整车模拟研究的结合。

总结：

本文主要介绍了车辆安全性能的研究方向和国内外车辆碰撞模拟研究现状由于作者的水平限制，会有许多考虑不到的地方，希望以后的研究者加以完善。相信随着科技的不断发展车辆安全性能将会不断的提高。

【参考文献】

[1]林逸，郭九大，王望予.汽车被动安全性研究综述[J].汽车工程，1998（1）.

[2]宗子安，曹立波.计算机模拟技术在汽车碰撞试验中的应用川[J].汽车研究与开发，1993（1）.

[3]富正保，钟志华.汽车碰撞仿真研究的发展趋势[J].世界汽车，1998（4）.

[4]钟志华，张维刚.汽车碰撞安全技术[M].北京：机械工业出版社，2003.