汽车碰撞防护装置设计研究

颜潇　孟佑铭　王群　童燮　羊玢

摘 要：目前国内外的防撞柱产品大都采用固定式，防撞效果明显但是对冲击力的吸收程度不够，可重用性较差，有对车身和乘客造成的伤害比较严重等缺点。该项目设想一种新型汽车碰撞防护装置，它主要由水箱系统、气囊系统和弹簧吸能系统等组成，通过多次碰撞吸能有效吸收汽车与防护系统之间产生的冲击力，起到很好的缓冲效果，从而有效地保护车辆及人员的安全。

关键词：汽车碰撞 防护装置 设计

中图分类号：U491 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）06（c）-0106-02

随着国内汽车行业的发展，我国私家车的数量逐年上升，汽车行车安全性等方面越来越受到广大关注。就国内外的防撞柱的研究现状来说，关于结构构件的防爆加固及防爆墙等研究国外已有报道。而对防爆路障，尤其拦阻型路障研究尚欠缺。国内也有可伸缩障碍器的专利，但国内外的目前产品都无法有效减少对车身和乘客的伤害。

1 防撞路障装置的发展现状

1.1 国外防撞路障装置的发展现状

起初国外的防撞路障装置的研究是从加大爆炸物与重要建筑物的距离的角度来分析设计的，其理论依据是：爆炸的冲击波的压力会因为传播距离的减小而急剧下降。而防爆防撞型路障又可以细分为路刺型路障和阻拦型路障。常用的阻拦型路障又可以分为阻拦型路刺、防撞护栏、楔形路垒、防撞杆等。

英国和美国等国家已经较早地开始研究并且相继于1985年、2003年、2007年发布了本国阻拦型防撞路障的试验测试与评定最新规范。采用了车辆侵入距离即路障外侧（直接受撞击侧）到撞击车辆车架纵梁最前端的距离这一指标来作为阻拦是否成功的唯一标准[1]。而国外研究的路刺型路障采用柔韧性比较高的材料编织成网状的结构，同时在网状节点位置布置了针刺装置，当汽车碾压在网状结构上时，钉刺带缠绕车轮从而使汽车减速停止[2]。这些装置在一定程度上有效地将危险车辆阻拦在一定距离内。

1.2 国内防撞路障装置的发展现状

早期我国对阻拦型防撞路障的研究较为缺乏，阻拦型防撞路障产品的试验与测试规范标准也没有建立。目前国内很多科研机构和车辆厂商也在努力研发汽车防撞装置，一款由北京机械设备研究所开发的升降柱式车辆拦截装置采用将防撞柱埋于地下的构造，当检测到汽车需要拦截时，自动控制系统通过液压举升装置将防撞柱升起到一定高度，拦停车辆。该装置安装于路面上不会影响汽车的正常通行，易于实现控制自动化[3]。与此类似的还有同济大学开发的可自动升降式防撞柱系统，同样采用液压驱动的方式来举升防撞柱，通过遥控的方式实现即时升降[4]。

2 汽车碰撞防护装置的设计

2.1 汽车碰撞防护装置设计的目的及意义

目前国外的阻拦型防撞路障共同的缺点在于：采用了刚性的竖立于地面的防撞柱，刚度足够，但缓冲性能有所缺乏。因此该文的目的和意义就是设计一种汽车碰撞防护装置来弥补现有的防撞设备的不足，采用新型的汽车碰撞防护装置不仅仅可以使具有威胁性质的汽车能够在足够短的距离内停车，同时最大程度地吸收碰撞能量，从而有效地减少对汽车和驾驶员的伤害。

2.2 汽车碰撞防护装置基本结构

该文介绍的汽车碰撞防护装置如图1所示，主要由水箱系统、气囊系统和弹簧吸能系统、L型钢板组件、旋转钢板等构成。其中水箱吸收能量系统由可折叠水箱、橡胶密封套、水三部分组成。吸能气囊系统主要由位置传感器、气体发生器、气囊、气囊控制单元ECU、饰盖等组成。弹簧吸能系统主要由弹簧管、弹簧板组成。L型钢板组件由接地钢板、吸能钢板以及锁死杆臂组成，锁死杆臂的作用是当两块钢板处于90度夹角的状态时，使吸能钢板只能绕轴线做单向旋转。另外在接地钢板的外侧附着高摩擦系数的橡胶材料，摩擦材料内部布置众多的小钢钉与接地钢板连接为一个整体。

3 工作过程

当碰撞开始时，碰撞防护装置具体工作过程如下。

第一步：防护装置与车之间的产生碰撞。

第二步：滑块掉落，水箱变形，翻转机构开始翻转，借着汽车动能，L型钢板上的钢针与地面接触，造成地面变形，完成一次碰撞。

第三步：旋转钢板已经划过气囊位置传感器检测的位置，翻转机构的L型鋼板前端的气囊系统中的传感器激发气体发生器迅速给气囊充气，在L型钢板前端展开，完成二次碰撞。

第四步：气囊泄气，汽车前轮开上装置钢板，撞上弹簧板，剩余的碰撞动能将变为弹性势能以及装置和汽车之间逐渐增大的摩擦力，完成3次碰撞。

第五步：装置完全展开，汽车成功停在安全距离。

4 结语

该文通过对国内外现有的路障防撞障碍系统的研究，在现有的路障防撞障碍系统基础上提出改进并设计了一种新型的汽车碰撞防护装置。从理论上讲，整个装置符合使用要求，但整个汽车碰撞防护装置尚未进行实物可行性评估试验，处于理论阶段，需要进一步完善。汽车碰撞防护装置的开发和研究不仅可以加强对失控汽车的保护，也对行车安全具有重要意义。

参考文献

[1] 肖岩，陈林，肖果，等.防撞柱实车碰撞性能研究[J].振动与冲击，2013，32（11）：1-6.

[2] Craig Howard Horton，Gary R.Cook.Portable Vehicle Barrier[J].United States Patent，2002，64（B1）：1-10.

[3] 北京机械设备研究所.一种升降柱式车辆拦截装置：中国，CN202688916U[P].2013-01-23.

[4] 同济大学.可自动升降式防撞柱系统：中国，CN103510480 U[P].2012-02-20.endprint