摘要：結(jié)合國(guó)內(nèi)首次汽車(chē)側(cè)面碰撞試驗(yàn)，建立了包括移動(dòng)壁障、假人和轎車(chē)在內(nèi)的汽車(chē)側(cè)面碰撞模型。通過(guò)仿真準(zhǔn)確地再現(xiàn)出復(fù)雜的實(shí)車(chē)側(cè)面碰撞過(guò)程。
關(guān)鍵詞：側(cè)面碰撞模型仿真

1前言

大量的交通事故是汽車(chē)發(fā)生側(cè)面碰撞。以2000年我國(guó)發(fā)生的交通事故為例，正面碰撞事故占20.8，而側(cè)面碰撞事故占34.4[1]。從傷亡情況看，正面碰撞造成的傷亡人數(shù)占26.9，而側(cè)面碰撞占32.3?？梢?jiàn)研究汽車(chē)側(cè)面碰撞對(duì)改善交通安全至關(guān)重要。

歐美從20世紀(jì)80年代初就開(kāi)始重視對(duì)汽車(chē)側(cè)面碰撞的研究。美國(guó)于1990年頒布并執(zhí)行了汽車(chē)側(cè)面碰撞保護(hù)法規(guī)FMVSS214；歐洲在1995年也制定了相應(yīng)的法規(guī)ECER95，并于1998年強(qiáng)制執(zhí)行。我國(guó)目前還沒(méi)有頒布汽車(chē)側(cè)面碰撞的強(qiáng)制性法規(guī)。2002年5月30日，在國(guó)內(nèi)完成了第一輛轎車(chē)的側(cè)面碰撞試驗(yàn)。單靠試驗(yàn)來(lái)解決汽車(chē)側(cè)面碰撞問(wèn)題是不現(xiàn)實(shí)的，迫切需要將計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)與汽車(chē)側(cè)面碰撞試驗(yàn)結(jié)合起來(lái)。這樣，可以利用仿真數(shù)據(jù)全、針對(duì)性強(qiáng)的特點(diǎn)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行剖析，也可利用周期短、成本低的優(yōu)勢(shì)對(duì)產(chǎn)品改進(jìn)方案進(jìn)行評(píng)估。

2試驗(yàn)方案

用移動(dòng)壁障模擬撞擊車(chē)，它由臺(tái)車(chē)和吸能塊組成，總質(zhì)量為956kg，質(zhì)心距地503mm。吸能塊采用ECER95規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)吸能塊，其前端面分成6個(gè)區(qū)域，處于下部的1、2、3區(qū)比上部的4、5、6區(qū)向前突出60mm，旨在模擬保險(xiǎn)杠（圖1）。被撞車(chē)為一輛國(guó)產(chǎn)轎車(chē)，橫置在移動(dòng)壁障的跑道上。駕駛員為EuroSID-I型標(biāo)準(zhǔn)假人，其H點(diǎn)處在跑道中心線正上方。牽引絞盤(pán)通過(guò)鋼絲繩帶動(dòng)移動(dòng)壁障以50±1km/h的速度行駛，在距轎車(chē)2m處鋼絲繩和移動(dòng)壁障突然脫開(kāi)，讓移動(dòng)壁障和轎車(chē)左側(cè)面發(fā)生碰撞。用高速攝像、電測(cè)量和光測(cè)量三種方式同時(shí)采集汽車(chē)、假人和移動(dòng)壁障各部位的加速度和變形量。
圖1吸能塊的尺寸(mm)3汽車(chē)側(cè)面碰撞模型

3.1移動(dòng)壁障

建立的移動(dòng)壁障模型有6661個(gè)單元，7837個(gè)節(jié)點(diǎn)。吸能塊主體采用體單元和蜂窩鋁材料，內(nèi)部的襯板采用板單元和分段線形塑性材料，臺(tái)車(chē)部分為剛體。

保證吸能塊的變形特性和耗散能量特性是移動(dòng)壁障建模的技術(shù)關(guān)鍵，需要對(duì)吸能塊的單元特性反復(fù)進(jìn)行調(diào)整，通過(guò)仿真驗(yàn)證確定最終的模型。驗(yàn)證方法是令移動(dòng)壁障在光滑路面上以35km／h的速度與剛性測(cè)力墻碰撞，要求吸能塊的最大變形量為（330±20）mm，耗散能—變形曲線、整體和1～6區(qū)的力—變形曲線應(yīng)在一定的界限范圍內(nèi)[2]。驗(yàn)證結(jié)果如圖2所示，各項(xiàng)指標(biāo)都滿足了上述要求。
圖2吸能塊的變形特性3.2假人

假人模型是在VPG（虛擬試驗(yàn)場(chǎng)）/Safety模塊中提供的EuroSID-I假人樣本模型的基礎(chǔ)上建立的。原模型頭部、頸部、胸部和左右腿的質(zhì)量低于標(biāo)準(zhǔn)假人[2][3]。補(bǔ)足質(zhì)量后，對(duì)頭部、肩部、胸部、腹部和骨盆的響應(yīng)特性進(jìn)行了仿真標(biāo)定。

頭部：對(duì)稱(chēng)面與水平面成35o，下方200mm處設(shè)一剛性墻。對(duì)頭部所有節(jié)點(diǎn)施以重力加速度，使之與剛性墻碰撞，要求頭部質(zhì)心的合成加速度的峰值在100～150g之間[2]。標(biāo)定結(jié)果為131g。

肩部：假人坐在剛性平面上，胸部豎直，上臂向前與豎直方向成40°，兩腿水平伸直。做一直徑為152mm、質(zhì)量為23.5kg的柱形擺錘模型。擺錘以4.3m/s的速度撞擊肩軸，要求擺錘的加速度峰值在7.5～10.5g之間。標(biāo)定結(jié)果為10.1g。

胸部：將肋骨組件固定在剛性支架上。做一直徑為150mm，質(zhì)量為7.8kg的柱形落錘模型。落錘以1.0、2.0、3.0、4.0m/s的速度撞擊肋骨側(cè)面，要求肋骨的位移分別在10～14、23.5～27.5、36～40、46～51mm之間。標(biāo)定結(jié)果為：12.0、25.1、39.2、49.5mm。

腹部：假人坐在剛性平面上，胸部豎直，上臂和兩腿向前水平伸直。做一質(zhì)量為23.5kg的沖擊錘模型(沖擊面為150mm×70mm的矩形)。沖擊錘以6.3m/s的速度撞擊腹側(cè)，要求沖擊錘受力峰值在9.5～11.1kN之間，且發(fā)生在撞擊后9.8～11.4ms；腹部合力的峰值在5.9～7.9kN之間。標(biāo)定結(jié)果：沖擊錘受力峰值為10.2kN，發(fā)生在10ms；腹部合力的峰值為6.1kN。

骨盆：假人坐姿與腹部標(biāo)定時(shí)相同。用直徑為152mm，質(zhì)量為23.5kg的柱形擺錘以4.3m/s的速度撞擊H點(diǎn)，要求擺錘受力峰值在4.4～5.4kN之間，且發(fā)生在撞擊后10.3～15.5ms；恥骨合力峰值在1.04～1.64kN之間，且發(fā)生在9.9～15.9ms。標(biāo)定結(jié)果：擺錘受力峰值為4.8kN，發(fā)生在14ms；恥骨合力峰值為1.48kN，發(fā)生在12ms。

3.3汽車(chē)

汽車(chē)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，綜合考慮計(jì)算時(shí)間和計(jì)算精度，對(duì)整車(chē)各部位采用了疏密程度不同的單元：位于車(chē)身左側(cè)、前圍最前點(diǎn)和C柱下部之間的區(qū)域?yàn)橹髯冃螀^(qū)，單元邊長(zhǎng)為10～20mm，主要部件包括左側(cè)的車(chē)門(mén)、門(mén)柱、門(mén)檻、門(mén)橫梁、地板、座椅、頂蓋