基于汽车对墙壁正面碰撞的汽车安全技术研究

赵海龙

（长安大学汽车学院，陕西 西安 710064 ）

基于汽车对墙壁正面碰撞的汽车安全技术研究

赵海龙

（长安大学汽车学院，陕西 西安 710064 ）

从汽车出现至今，其速度有了大幅度提升，碰撞后的后果也越来越严重，所以汽车安全也逐渐引起了人们的重视。经过多年的发展已经研究出了诸多安全技术来保证其安全性。同时，随着我国汽车保有量高速增长，汽车安全也显得愈加重要。文章介绍了汽车碰撞过程和乘员损伤机理，并通过对汽车正面撞击墙壁的简化分析，讨论分析了汽车被动安全技术，也介绍了一些基于碰撞避免的主动安全技术。

汽车碰撞；被动安全；主动安全

CLC NO.:U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)15-81-02

1 我国汽车安全现状

随着我国经济的快速增长，人们对汽车刚性需求保持旺盛。根据公安部交通管理局统计，截至2016年底，全国汽车保有量达1.94亿辆，净增2212万辆，汽车驾驶员也超过了3.1亿人。汽车给人们带来便捷的同时，也带来了不容忽视的安全问题。即便近年来交通事故的发生率呈持续下降趋势，但与一些发达国家比较我国交通事故死亡率还是较高。相对于其它行业，交通事故死亡人数也比较高。同时，也带来了一系列社会问题，严重影响了人们的生活。

2 碰撞过程及人体损伤机理

2.1 碰撞过程

碰撞前：驾驶员发现险情，做出紧急措施，并与障碍接触。

碰撞中：汽车与障碍发生碰撞（一次碰撞），人与汽车内部构件发生碰撞（二次碰撞）。

碰撞后：整车各部分停止运动。

2.2 人体损伤机理

1）碰撞过于激烈，以致司乘人员身上承受过大的能量及加速度，使人体受伤。

2）驾驶室变形过大，使司乘人员失去生存空间，人体受挤压造成伤亡。

3）未使用安全装置，以致人体与挡风玻璃，方向盘等发生碰撞造成伤亡。

3 汽车对固定墙面正面碰撞简化分析

3.1 简化

1）汽车以较高车速发生碰撞时，在汽车前部发生变形的汽车组织大部分受到巨大冲击力而发生塑型变形，只有小部分发生弹性变形。这里，将汽车变形简化为完全塑型变形。

2）汽车前部构件分布不均，各部分物理参数也不尽相同。为了简化计算，将受撞击部分物理参数视为均匀一致，且不发生振动。所以汽车前部塑性弹簧系数k可以看作常数。即k=c。

3.2 物理学分析

1）能量关系

E1车身变形吸收的能量E2：安全装置吸收能量

E3加载在人体上的能量E4：其它形式能量（气体阻力，摩擦阻力做功等）

2）力与运动

由k=c可得F=kx且F=ma

面积的大小代表了单位质量能量的大小。

图1

图2

4 汽车安全技术

4.1 被动安全技术

1）安全车身

由能量分析中可知，提高车身前部所吸收的能量，可有效减少施加在人体上的能量。研究表明材料压溃变形吸收的能量比弯曲变形吸收的汽车撞击能量主多。所以如何选材和结构设计成为研究重点。

由图2可知，碰撞能量相同时，适当减小汽车前部强度，即减小了塑形弹簧系数k值，可减小施加在人体上的加速度。同时，乘员舱必须有足够的强度以确保乘员足够的生存空间。

2）汽车安全带及安全气囊

汽车安全带是最有效的被动安全防护，统计数据表明，佩戴安全带可减少伤亡率15%～30%。在交通事故及紧急制动时，安全带限制人体的突然移动，防止和减少人体所受伤害。近年来，为了提高安全带的约束性能，开发出了智能预紧式安全带，以及气囊式安全带。

安全气囊的作用是一旦撞车发生，且达到其设计碰撞强度后，可立即启动可防止乘员撞到方向盘和仪表盘并吸收乘员的动能，减少二次碰撞的伤害。在今后研究中，可以充分利用越来越成熟的现代电子控制技术，根据乘员的身高体重及坐姿来采取不同的打开方位及充气量以达到更好的保护效果。

3）安全转向系统

汽车发生正碰时，人由于惯性力撞向转向盘，人体的动能一部分被约束装置吸收外，另一部分传递到转向盘及转向柱上，通过可收缩吸能转向管柱、伸缩式转向中间轴和吸能转向盘吸收能量，也确保了驾驶员足够的生存空间，达到保护驾驶员的目的。

4.2 基于事故避免的主动安全技术

1）轮胎压力检测系统（TPMS）

TPMS主要用于汽车行驶时对轮胎气压温度等参数进行实时监测，在出现危险状况即轮胎漏气和低压状态时进行报警，因而可最大限度避免由爆胎引起的交通事故。使得驾驶员在高速行驶时最担心的问题得以最大程度解决。

2）碰撞预警安全技术（PCSS）

PCSS被称为“永不疲倦的第三只眼”，它是一种利用信息、通性、检测、控制等技术侦测车辆周围动态状况，当预判到有撞车危险时，提醒驾驶人或辅助驾驶人采取必要措施或者自动紧急制动等措施以避免交通事故发生或减轻事故伤害程度的主动安全技术。

3）制动辅助系统（BAS）

BAS系统通过对驾驶人踩踏速率理解制动行为，系统通过感应作用于制动踏板的制动压力大小检测紧急制动情形（驾驶员快速且大力地踩制动踏板），然后在几毫秒内启动全部制动力，可有效减小制动距离，产生最大的制动效果。

5 总结

汽车主动安全性对于预防交通事故有重要作用，其主动安全性越好，交通事故发生率则会有效降低。而提高汽车被动安全性可以在主动安全系统无法避免的情况下避免和减轻司乘人员的伤亡。所以，汽车主动安全技术与被动安全技术是相辅相成的，将两者有机结合起来，将会使得汽车安全性大大提高。

同时，我们也可以看出，主动安全技术与被动安全技术都是朝着智能化方向发展。适应更复杂交通状况的智能化汽车安全技术将不断地应用在汽车上，进一步提高安全性。

[1] 葛如海,刘志强,陈晓东. 汽车安全工程[M].北京：化学工业出版社,2005.

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A vehicle safety technology research based on automobile head-on collision with wall

Zhao Hailong

（Automobile School of Chang'an University, Shaanxi Xi’an 710064）

Since automobile appeared, its speed has been high ascension, the result of collision is becoming more and more serious, so the automobile safety also gradually aroused people's attention. So far, there are a lot of security technologies to ensure the safety though many years’ development. At the same time, with the growth in automobile ownership, its safety is more important. This paper introduces the automobile collision and occupant injury mechanism, and through the simplified analysis of the automobile head-on with wall, discussed and analyzed automotive passive safety technology, also introduced some of the active safety technology based on collisionavoidance.

automobile collision; passive safety; active safety

U462.1

A

1671-7988 (2017)15-81-02

赵海龙，就读于长安大学汽车学院。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.15.029