后防撞梁對于后碰車輛安全性能的影響分析

閆曉曉，于光旭，黃森仁

(中國汽車技術研究中心，天津 300300)

車輛追尾碰撞事故是常見的道路交通事故類別之一，發生率僅次于正面碰撞和側面碰撞。在全國高速公路交通事故中，追尾碰撞事故的比例高達30%以上，位居所有高速公路交通事故之首［1－3］。目前世界各國都在研究并制定日趨嚴格的追尾碰撞標準和試驗方法［4］。我國于2006年7月1日開始實施《乘用車后碰撞燃油系統安全要求》(GB20072—2006)，此法規主要考察在后碰撞中燃油系統的完整性，即在碰撞過程中是否會發生燃油泄漏現象［5］。在車輛受到追尾發生碰撞的過程中，車內乘員頭頸部會產生突然的過伸及過屈的現象，從而造成的頸部損傷，稱為“揮鞭傷”。C-NCAP在2012年7月實施的新法規中加入了鞭打試驗的考核要求，以考核在追尾碰撞中的乘員頸部損傷［6］。

在后碰過程中，座椅連接件的強度、靠背強度、頭枕位置和乘員坐姿對乘員頸部損傷都有很大程度的影響。加速度作為假人揮鞭損傷試驗的基本輸入條件，其波動直接影響著乘員的頸部傷害值［7－11］。

某些汽車廠不重視車輛后防撞梁的設置，降低后防撞梁的材料、厚度等級，或者直接將后防撞梁省掉不進行安裝，借此來達到降低成本的目的。為了研究后防撞梁對于后碰車輛安全性能的影響程度，筆者進行了以下研究:首先，建立了某款轎車的后部碰撞有限元模型，在分析中對比該車型在無后防撞梁、后防撞梁屈服強度在300～400 MPa以及屈服強度在800～1000 MPa時的車體變形情況以及B柱加速度波形;然后將加速度波形輸入鞭打模型中，對比分析在不同波形下假人的損傷值。

1 某車型后碰仿真分析

1.1 后碰模型搭建

針對GB20072—2006法規要求，搭建了某款車型的后碰有限元仿真模型，如圖1所示。碰撞速度為50 km/h。該模型節點數約為158萬，單元數約為160萬，其中后防撞梁模型如圖2所示。

圖1 某車型后碰有限元仿真模型

圖2 后防撞梁模型

本研究針對無后防撞梁、后防撞梁材料采用普通高強度板、后防撞梁材料采用超高強度板3種工況進行分析，各工況參數如表1所示。

表1 各工況參數對比

1.2 后碰結構變形分析

1)油箱周圍變形對比

在GB20072—2006中，要求碰撞中燃油裝置不能發生泄漏，若試驗后燃油裝置有液體連續泄漏，則在碰后5 min平均泄漏速率不應大于30 g/min。

在仿真中主要考察油箱是否受到其他部件擠壓［12－13］。通過對各工況油箱周圍變形情況的仿真分析(如圖3所示)，可以發現3種工況油箱周圍變形基本相同，油箱均沒有受到嚴重擠壓，能夠滿足國標要求。

圖3 各工況油箱周圍變形情況

2)B柱加速度曲線對比

經仿真分析得到車輛B柱加速度波形，如圖4所示。

通過圖4可以發現:后防撞梁強度越高，B柱波形第1個峰值就越早出現，加速度峰值也越低;在沒有防撞梁時，加速度峰值最高，過高的加速度會對車內乘員造成更嚴重的傷害。

圖4 各工況B柱加速度波形對比

3)后縱梁變形對比

通過后縱梁變形對比(圖5)可以發現，3種工況的變形模式稍有差異，其中工況1效果最差。

圖5 后縱梁變形

4)整車變形壓縮量對比

本研究分析了碰撞過程中的車體變形壓縮量。3種工況的車體變形壓縮量對比如圖6所示。可以發現:工況3的車體變形壓縮量最大，為493 mm;工況2的車體變形壓縮量最小，為469 mm;工況1的變形壓縮量為486 mm，位于兩者之間。車體變形壓縮量最大相差24 mm，但是變形最大的工況3的油箱未受到嚴重擠壓，3種工況均能滿足目標要求。

2 后碰假人傷害值分析

2.1 鞭打試驗模型搭建

為了研究后碰時假人的傷害值，應用該車的座椅鞭打試驗模型(圖7)。將圖4中B柱加速度波形輸入鞭打模型中分析假人傷害值。該鞭打試驗模型經過試驗驗證，模型精度滿足分析要求。

圖6 三種工況車體變形壓縮量對比

圖7 某車型鞭打試驗模型

2.2 假人傷害值分析

將圖4中加速度波形輸入鞭打試驗模型中，計算得到3種工況頸部傷害指數(NIC)曲線對比，如圖8所示。3個工況的NIC曲線整體趨勢相同，工況2的NIC峰值略大。

圖8 3種工況NIC曲線對比

將假人各部位傷害值及得分進行匯總，結果如表2所示。為了更加形象地對比3種工況的差異，將3種工況傷害值按照C－NCAP規則中鞭打試驗分數換算進行對比。

表2 3種工況假人傷害值及分數

對比3種工況的傷害值可以看出:隨著防撞梁強度的增加，假人傷害值呈逐漸減小的趨勢。通過傷害值計算假人揮鞭傷的得分情況可以看出，隨著防撞梁強度的增加分數也增加。

3 結論

1)無后防撞梁、后防撞梁材料采用普通高強度板、后防撞梁材料采用超高強度板3種工況發生后碰時油箱均未被嚴重擠壓，能夠通過國標檢驗。

2)后防撞梁強度對后碰車身B柱加速度峰值存在影響，采用超高強度板時加速度峰值最低，沒有后防撞梁時車身加速度峰值最高。

3)后防撞梁強度對后縱梁的變形及整車變形壓縮量有一定影響，采用普通高強度板時整車變形壓縮量最小。

4)后防撞梁能夠減小后碰時車內乘員所受傷害，后防撞梁強度越高，假人傷害值越低。

綜上所述，盡管有無后防撞梁都能夠通過國標檢驗，但是合理選擇后防撞梁強度能夠降低整車變形壓縮量，降低車內乘員所受傷害值，有效保護乘員。

［1］李景深.細說乘用車碰撞實驗法規［J］.世界汽車，2005(8):36－40.

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［4］公安部交通管理局.中華人民共和國道路交通事故統計資料匯編［M］.北京:公安部交通管理局，2005.

［5］GB 20072—2006，乘用車后碰撞燃油系統安全要求［S］.北京:中國標準出版社，2006.

［6］中國汽車技術研究中心，C－NCAP管理規則［S］.

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