基于乘员头部保护的汽车车顶设计趋势

基于乘员头部保护的汽车车顶设计趋势

汽车车顶通常是指包含车顶扶手、车顶储物箱、车顶基板以及车顶基板上所布置的线束和车内装饰灯等部件在内的一个复杂系统。车顶暴露在各种环境下时，需要防止出现塌陷，因而要求车顶基板具有足够的刚度，这将助于减少基板运输、处理和装配过程中可能出现的损坏。但是，车顶基板过高的刚度可能会妨碍车内侧面安全气囊的展开，不利于车辆发生碰撞时对车内乘员头部进行保护。本文则主要分析在满足刚度要求的条件下，保证车内侧面安全气囊展开的汽车车顶设计。

为了满足设计要求，采用可拆卸的车顶加固装置是一种很好的方法，即采用刚度较小的材料制造车顶基板，而在其上覆盖可拆卸的加固装置，这样能保证汽车发生碰撞时，侧面安全气囊能够快速有效地展开。对加固装置进行设计前，需要了解车顶的受力特征。利用商业化软件ABAQUS对车顶进行有限元分析显示，车顶自身质量引起的下陷以及车顶扶手连接处的变形是设计加固装置首先考虑的两个问题，因此采用密度较轻的聚氨酯泡沫构成车顶基板。而加固装置则采用刚度较大的玻璃纤维毡。由于玻璃纤维毡的力学特性与其加载方向有很大关系，因而在应用玻璃纤维毡时，先对长150mm、宽50mm的样品进行加载试验，确定其刚度较大的加载方向。加固装置通过车内的固定卡箍与车顶基板装配。利用三点加载弯曲试验对上述车顶进行下陷测试，同时在车顶扶手处施加300N的垂向拉力，测试扶手连接处的变形量。测试结果表明，①未使用加固装置的车顶下陷量为59mm，高于标准规定的57mm；②使用加固装置后，下陷量为55mm；③车顶扶手处的变形在未使用加固装置时为60mm，高于标准规定的50mm，使用加固装置后车顶扶手处的变形量为30mm。需要注意的是，在真正应用加固装置时，还需要进行侧面安全气囊展开测试。

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

编译：王祥