基于乘員頭部保護的汽車車頂設計趨勢

基于乘員頭部保護的汽車車頂設計趨勢

汽車車頂通常是指包含車頂扶手、車頂儲物箱、車頂基板以及車頂基板上所布置的線束和車內裝飾燈等部件在內的一個復雜系統。車頂暴露在各種環境下時，需要防止出現塌陷，因而要求車頂基板具有足夠的剛度，這將助于減少基板運輸、處理和裝配過程中可能出現的損壞。但是，車頂基板過高的剛度可能會妨礙車內側面安全氣囊的展開，不利于車輛發生碰撞時對車內乘員頭部進行保護。本文則主要分析在滿足剛度要求的條件下，保證車內側面安全氣囊展開的汽車車頂設計。

為了滿足設計要求，采用可拆卸的車頂加固裝置是一種很好的方法，即采用剛度較小的材料制造車頂基板，而在其上覆蓋可拆卸的加固裝置，這樣能保證汽車發生碰撞時，側面安全氣囊能夠快速有效地展開。對加固裝置進行設計前，需要了解車頂的受力特征。利用商業化軟件ABAQUS對車頂進行有限元分析顯示，車頂自身質量引起的下陷以及車頂扶手連接處的變形是設計加固裝置首先考慮的兩個問題，因此采用密度較輕的聚氨酯泡沫構成車頂基板。而加固裝置則采用剛度較大的玻璃纖維氈。由于玻璃纖維氈的力學特性與其加載方向有很大關系，因而在應用玻璃纖維氈時，先對長150mm、寬50mm的樣品進行加載試驗，確定其剛度較大的加載方向。加固裝置通過車內的固定卡箍與車頂基板裝配。利用三點加載彎曲試驗對上述車頂進行下陷測試，同時在車頂扶手處施加300N的垂向拉力，測試扶手連接處的變形量。測試結果表明，①未使用加固裝置的車頂下陷量為59mm，高于標準規定的57mm；②使用加固裝置后，下陷量為55mm；③車頂扶手處的變形在未使用加固裝置時為60mm，高于標準規定的50mm，使用加固裝置后車頂扶手處的變形量為30mm。需要注意的是，在真正應用加固裝置時，還需要進行側面安全氣囊展開測試。

Hee Sang Park et al.SAE 2016-01-1336.

編譯：王祥