外部被动安全技术

外部被动安全性是从减轻在事故中汽车对行人、自行车、摩托车和其他车辆及其乘员的伤害方面提高汽车被动安全性的能力。决定汽车外部被动安全性的因素有:发生碰撞后汽车车身变形的状态,汽车车身外部形状。

1.轿车的外部被动安全性

在轿车与行人碰撞过程中,首先行人腿部撞到保险杠上,然后骨盆与发动机罩前端接触,最后头部撞到发动机罩或风挡玻璃上,这时行人被加速到与车同速,这就是所谓的 “一次碰撞”。车速越高,头部撞击点越靠近风挡玻璃。由于汽车制动使行人与汽车分离,行人以与碰撞速度相近的速度撞到路上,这是 “二次碰撞”。在有的事故中还发生行人被汽车碾压,这是 “三次碰撞”(图8-27)。

图8-27 轿车撞行人时行人的运动示意图

行人伤害一般包括保险杠和一次碰撞时产生的下肢伤害,与发动机罩、风挡玻璃等二次碰撞时的伤害,以及与路面三次碰撞产生的伤害。设计车身时,应就这三方面伤害采取相应的措施。在轿车与人相撞时,决定行人伤害严重程度的主要因素是一次碰撞的部位和汽车与人体碰撞的部件形状、刚度。图8-28所示为对碰撞有重要影响的汽车前部参数和刚度。从安全角度看,发动机罩前端圆角半径应大些,机罩高度要低些,风挡玻璃倾角要小。在头部撞击区要求妥善软化,并且取消突出部,如雨刷在停止状态时应位于发动机罩下,且不设雨沿等。

图8-28 对碰撞有重要影响的汽车前部参数和刚度

(a)影响行人安全的车身形状参数;(b)零件的名称1—风挡玻璃倾角;2—发动机罩强度;3—发动机罩倾角;4—发动机罩外表光洁度;5—发动机前端偏移量;6—发动机前端高度;7—保险杠高度;8—保险杠宽度;9—发动机前端圆角

(1)保险杠。

要保护行人的安全,降低对他们的伤害程度,一次碰撞部位——保险杠,其是一个关键部件。汽车保险杠是吸收缓和外界冲击力、防护车身前后部的安全装置。设计合理的保险杠不仅要考虑到内部被动安全性,还要顾及外部被动安全性,为此要求一切在公路上行驶的车辆前后均应安装保险杠,且离地高度应相同。从减轻事故中行人的受伤程度看,保险杠高度应保证与大部分行人的碰撞部位发生在膝盖以下为好。但若保险杠过低,则会加大头部在发动机罩或风挡玻璃上的撞击速度,所以保险杠高度一般取330～350mm,以保证大部分行人的碰撞部位发生在膝盖以下。另外保险杠应该没有尖角和突出,并且适当软化。

20年前,轿车前后保险杠以金属材料为主,用厚度为3mm以上的钢板冲压成U形槽钢,表面镀铬处理,与车架纵梁铆接或焊接在一起,与车身有一段较大的间隙。随着汽车工业的发展,汽车保险杠除作为一种重要的安全装置外,还要追求与车体造型的和谐与统一,追求本身的轻量化。为了达到这种目的,目前的轿车前后保险杠都采用塑料,称为塑料保险杠。

为实现降低行人下肢伤害目的,现在的汽车多采用吸能式保险杠,它由保险杠面板、吸能体和骨架构成。按吸能体的不同,这种保险杠又可分为筒状吸能装置、泡沫吸能装置和蜂窝状吸能装置三种形式 (图8-29)。

筒状吸能装置 [图8-29(a)]是利用油液的阻尼力抵抗碰撞,吸收撞击能量。这种结构吸能率高,车身部分变形量小,热敏性能稳定。泡沫吸能装置 [图8-29(b)]的吸能元件一般采用聚氨酯类或聚丙烯类发泡树脂材料。其结构简单、重量轻、成本低,对上、下、左、右各方向的碰撞均有吸能能力。蜂窝状吸能装置 [图8-29(c)]的吸收体是由蜂窝状的聚乙烯等树脂制成。其特点是吸能效率较高,但开模费用大,变形后修复困难。这几种形式的保险杠在发生低速碰撞时,既能够对行人起到保护作用,又能避免汽车重要部件的损坏,减少了因撞车造成的维修费用,目前在车上均有使用。

图8-29 吸能式保险杠

(a)筒状吸能装置;(b)泡沫吸能装置;(c)蜂窝状吸能装置

(2)发动机罩、挡风玻璃边框等安全结构。

为了减轻行人伤害,发动机罩和散热器罩过渡部位应采用的吸能结构 (图8-30)。风挡玻璃框采用的吸能结构如图8-31所示;图8-32所示为采用吸能结构的汽车A柱;图8-33所示为汽车车门与车顶过渡结构;图8-34所示为汽车发动机罩蒙皮结构;图8-35所示为有无泡沫填充剂的变形特性曲线图。

图8-30 发动机罩和散热器罩过渡部位采用的吸能结构

图8-31 风挡玻璃框采用的吸能结构

图 采用吸能结构的汽车 柱

图8-33 汽车车门与车顶过渡结构

图8-34 汽车发动机罩蒙皮结构

图8-35 有无泡沫填充剂的变形特性曲线图

在二次碰撞伤害中,风窗玻璃框架起着重要的作用 (表8-1),将其外部设计成软结构,可以缓解对行人的伤害。对三次碰撞防护,一般采用安装防止行人摔到路面上的救助网等接收装置。

表8-1 行人伤害烈度

在行人保护措施中,防止车外凸出物对行人的伤害也很重要。在车身设计时,将门把手等装置设计成内凹式、采用具有缓冲机构的后视镜等措施,均有利于减轻对行人的伤害。

2.载货汽车的外部被动安全性

载货汽车与轿车正面碰撞时,因质量、刚度和尺寸比轿车大得多,故轿车的损坏往往严重得多。特别是当两者尺寸相差悬殊时,轿车往往 “揳入”载货汽车下面,轿车的前部折叠区不能发挥作用,导致乘坐区受到破坏。而一般载货汽车后部不装保险杠,使跟随行驶的轿车在事故中揳入的可能性大大增加。因此,对于尾部离地高度大于0.7m的车辆应装后保险杠,保险杠的安装高度一般为0.38～0.56mm。现在正在研制装于载货汽车尾部的缓冲装置,以减小尾追轿车相撞时的损坏。

载货汽车与行人相撞时造成的伤亡也远比轿车严重,这是因为一次碰撞中,无论是长头还是平头驾驶室载货汽车,都不可能存在轿车事故中的行人身体在发动机罩上翻转过程,而是在很短时间内行人被加速到货车速度,易于造成人员伤亡。驾驶室上突出的后视镜、驾驶员踏板以及保险杠也容易使行人头部、骨盆和大腿受伤。