轿车追尾货车形态下的耐撞性研究

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1、哈尔滨工业大学工学硕士学位论文第1章绪论1.1课题研究背景及意义随着我国经济的持续稳定发展，汽车工业奋力激发市场活力，保持了新常态下的前进基调，越来越多的汽车走进了人们的日常生活中。国家统计局官网对外公布的数据显示，近年来，我国民用汽车保有量正在阶梯式的稳步增长，从2005年的[1]3160万辆增加到了2014年的15447万辆，近十年来我国民用汽车保有量的变化情况如图1-1所示。汽车保有量的增加，一方面提高了人们的生活质量，另一方面也带来了不容忽视的安全隐患，增大了道路交通事故发生的概率。根据国家统计局的官方数据，近十年的汽车交通事故死亡人

2、数如图1-2所示。图中数据显示，虽然我国汽车交通事故死亡率近几年来有所下降，但是事故死亡人数整体上仍居高不[2]下。2014年的国家统计公报显示，全年道路交通事故万车死亡人数为2.22人。这一数据要比发达国家的万车死亡率高很多，说明我国交通事故后果不容乐观，汽车的被动安全性能仍亟待提升。16000120008000保有量/万辆400002005200620072008200920102011201220132014年份图1-1我国民用汽车保有量800006000040000死亡人数/人20000020052006200720082009201

3、02011201220132014年份图1-2我国汽车交通事故死亡人数在汽车道路交通事故中，轿车追尾货车是主要的事故类型之一，同时也是容易-1-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文导致严重后果的一种碰撞形式，其典型事故形态如图1-3所示。在我国，轿车追尾货车事故屡见不鲜，而且事故后果往往十分严重，极易导致车内人员重伤或死亡，造成重大的经济损失。轿车追尾货车是一个典型的碰撞不相容问题，货车的底盘相对较高，追尾过程中轿车很容易钻到货车下面，而轿车车头前端结构难以充分发挥吸能缓冲的作用，致使轿车驾驶室直接承受挤压变形，极易遭到侵入破坏，进而对[3]车内乘

4、员造成严重的生命安全威胁。考虑到我国目前的交通事故形势，提高追尾工况下的轿车安全性具有较强的必要性与紧迫性。图1-3轿车追尾货车事故形态当前阶段，汽车安全问题已经成为广大消费者关注的焦点，也是汽车生产制造行业关键性的议题之一。事实上交通事故很难完全避免，这就要求我们必须努力提高汽车的碰撞安全性，轿车追尾货车形态下的耐撞性研究就是汽车被动安全方向的一个重要子课题。汽车结构耐撞性要求车辆的不同部件之间合理匹配，能够在碰撞过程中充分耗散和衰减碰撞能量，达到变形位移和侵入状况最小化的目的。从追尾工况下的碰撞过程来看，轿车结构耐撞性的好坏直接关系着乘员

5、的生命安全，轿车结构耐撞性好，在追尾货车事故中就能保障更大的生存空间，提高车内乘员的生存几率。如果能够掌握和利用耐撞性的变化规律，提升追尾形态下的轿车耐撞性，就可以减少车内乘员在碰撞过程中的伤亡风险，降低交通事故死亡率。因此，轿车追尾货车形态下的耐撞性研究具有重要的研究价值与现实意义。1.2汽车耐撞性研究现状目前，实车试验法和仿真分析法是汽车耐撞性领域最常用的两种研究方法。无论是在整车性能分析还是结构分析中，实车试验法都是可信度最高、应用最为广泛的重要方法。但是实车碰撞试验也有它的弊端，例如：需要投入较多人力物力、成本高昂，试验周期长、硬件要

6、求高，试验过程复杂、重复性差等等。在汽车耐撞性研究兴起之初，受技术条件所限，研究者往往采用实车试验的方法。早期阶段的试验手段需耗费大量的人力物力，结果还具有一定的不确定度，这使得汽车耐撞性的研究步履维艰。后来，以解析法、多刚体动力学法和有限元法为代表的数值分析方法的应用彻底改变了这一现状。1994年湖南大学的钟志华教授将有限元数值分析-2-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文法引入到国内汽车耐撞性研究中，介绍了有限元法的基本理论，阐明了有限元法的[4]强大功能与潜力。随着计算机技术的迅猛发展，以有限元法为代表的工程仿真方法的应用对汽车整个设计开发流

7、程产生了巨大的推力。在计算机仿真分析过程中，可以发现原实车试验中的缺陷与不足，减少大量无谓的尝试性工作，大大提升耐撞性研究的效率和进程。目前，HyperWorks前后处理软件和LS-DYNA碰撞求解软件是汽车安全仿真分析领域最具代表性的软件，本文也将基于这两种软件，在此平台上进行汽车耐撞性的研究。1.2.1国外研究现状国际上发达国家针对汽车碰撞安全性的研究起步较早，到目前为止，国外对汽车碰撞安全性的研究已经进行了将近一个世纪，相应的研究内容在广度和深度上也比较全面。伴随着汽车安全法规的不断发展，国外学者在耐撞性方向进行了大量的实车试验及仿真模

8、拟研究。SahaNK等人对汽车正面碰撞形态进行了仿真研究，模拟了不同偏置率下汽车正面碰撞固定变形壁障的试验，分析了侵入量、减速度等[5]耐撞性指标的变化情况。Ham