汽车侧面碰撞时车门解锁原因及应对策略研究

周英杰 席盛 陈振飞

摘要：汽车发生侧面碰撞时车门状态直接影响到事故对乘员的伤害程度，GB-20071亦对碰撞前后车门状态做出了明确的要求。本文以某轿车典型的门锁机构为研究对象，在整车侧面碰撞仿真模型的基础上对门锁及其附件进行了详细建模，并进行了仿真分析。仿真分析发现碰撞时开锁传递机构受力变形，拉动锁体摇臂产生了开锁方向的旋转，是导致车门解锁的根本原因。进而通过对开锁原理进行研究，提出了优化摇臂初始位置的解决方案。计算机仿真证明，改进后碰撞时摇臂旋转方向变为关锁方向，改进效果显著。该应对策略具有简单易行，不增加车辆制造成本等优点，具有较高的工程应用价值。

关键词：侧面碰撞;车门解锁;门锁仿真;传递机构

1 前言

随着我国汽车保有量的增加，我国的汽车交通事故也呈现出快速增长的势头。有资料显示，从2015年我国高速公路发生的死亡事故情况看，侧面碰撞事故导致的死亡人数占总死亡人数的6.7%，每年有近万人。因此，提高汽车侧面碰撞的安全性一直是各大科研机构和汽车公司研究的重点和热点。

当汽车发生侧面碰撞事故时，侧面结构强度和完整性直接关系事故对到乘员伤害程度。但在进行汽车侧面碰撞试验时，时常会出现碰撞时被撞侧车门打开的状况，在实际道路交通事故中该现象也屡见不鲜。

若侧面碰撞时汽车车门被打开，就破坏了侧面结构的完整性，轻则影响侧气囊、侧气帘的合理展开位置，导致乘员的伤害程度增加，重则有可能直接导致乘员被甩出车外，发生碾压、二次碰撞等恶性交通事故，对乘员造成致命的伤害。

因此，我国的侧面碰撞安全法规GB20071对侧面碰撞过程中车门的状态进行了严格的要求。法规要求：在试验过程中，车门不得开启;试验结束后，不适用任何工具应该能打开足够数量的车门，使得乘员能正常进出。

本文针对某轿车典型的门锁机构，通过计算机仿真找出了侧面碰撞过程中门把手、锁体发生相对移动，开锁传递机构受力变形是车门解锁的主要原因。进而通过对机械开锁传递机构该进行改进设计解决了碰撞时车门解锁的问题。通过计算机仿真验证，该方法效果显著，并且几乎不增加汽车的制造成本，具有较高的工程应用价值。

2 汽车门锁结构及原理

东风某轿车门锁系统结构如图1所示，由门把手及附件、锁体及附件、机械钥匙开/关锁拉杆、门把手开/关拉索、车内开/关拉索几大部分组成。其中机械钥匙开/关锁拉杆及附件的结构如图2所示。

在日常使用中，用机械钥匙解锁时，门锁的工作原理为：首先，机械钥匙插入孔位逆时针旋转;接着，孔位连接的摇臂（上）随孔位旋转，带动开锁拉杆上提;进而，开锁拉杆上提带动锁体摇臂（下）顺时针旋转;最后锁体内部机械结构完成开锁。用机械钥匙锁车门时，门锁的工作原理反之。

3 计算机仿真及碰撞解锁原因分析

为了分析侧面碰撞时车门解锁的原因，本文在侧而碰撞有限元模型的基础上增加了门锁系统的分析模型，通过计算机仿真来进行分析。

3.1 仿真模型的建立

由于门锁锁体、门把手结构的零件数量多，尺寸小，相互之间的运动关系复杂，在碰撞分析模型中难以准确模拟，且其结构刚度大，多次碰撞实车拆解后未发现锁体结构发生变形和破坏，因此仿真中不对锁体结构、门把手进行精确建模，将其用一个整体简化替代。

对门锁开/关拉杆（机械钥匙）及附件进行了详尽的建模，并确保各个零件的质量和质心位置准确无误。根据各个零件之问的运动关系，详细的建立了4个转动连接，确保有限元的运动形式和实际运动形式一致。

在整车侧面碰撞仿真模型的基础上，将简化的门把手、门锁锁体模型，详尽的机械开锁传递机构模型进行装配，完成“侧面碰撞（带门锁）计算机仿真模型”的建立，如图3：

3.2 仿真结果分析

通过以上有限元模型的建立，并利用计算机进行仿真计算，得到侧面碰撞过程中门锁机构运动状态（0、30、60ms运动状态截图）如图4所示：

如图4，通过计算机仿真发现，由于锁体机构和门把手区域Y向（整车坐标系下）受力不一致，并且两者所在区域的Y向刚度也存在较大差异。在车辆受到MDB壁障侧面撞击时，锁体机构由于受到MDB直接撞击向车门内侧产生的侵入量较大，门把手由于未受到直接撞击向内移动产生的侵入量较小，并且在车门板和门锁拉杆的作用下发生了沿X轴（整車坐标系下）顺时针翻转，两者之间发生了相对运动，距离变大，开，关锁拉杆两侧受拉，导致锁体摇臂发生顺时针旋转，该旋转方向与用机械钥匙开锁时旋转方向一致，门锁被打开。

4 应对策略研究

由以上分析可知：侧面碰撞时门把手和锁体向车内侵入量不一致，并且门把手发生翻转，两者之间距离变大，导致开/关锁拉杆受到拉力，进而拉动锁体摇臂产生旋转，是碰撞时门锁自动开启的原因。

针对以上原因分析，碰撞时车门自解锁可以有两种解决策略：

策略1：在门板上门锁和门把手之间的区域通过增加贴片、加强件的方式对结构进行加强，可减小门锁和门把手之间的变形，缩小门把手和锁体向车内侵入量的差距，从而减小开/关锁拉杆受拉程度，从而解决碰撞时车门自动打开的问题。

策略2：优化设计机械开锁的传递机构（图2），使得即使被撞时开，关锁拉杆受到较大拉力，门锁也不会自动打开。

由于策略1有可能会大幅度增加门锁及车门的制造成本，并日由于车门、门锁加强结构存在设计难度大，难以合理把握加强的程度，改进效果验证成本高的缺点。策略2从原理上解决问题，简单实用，几乎不增加制造成本，通过计算机仿真验证效果方便，因此本文着重从策略2进行研究。

机械开/关锁传递机构结构图如图5a，在原始设计的基础卜，改变锁体摇臂的初始位置建立改进方案1（如图5b），同时改变锁体摇臂（下）和摇臂（上）的初始位置，建立改进方案2（如图5c）。

改进方案中调整了锁体摇臂的初始位置，当汽车因发生侧面碰撞而导致开/关锁拉杆被拉时，锁体摇臂的旋转方向发生了变化，由顺时针旋转变成逆时针旋转，该旋转方向与用机械钥匙关锁时旋转方向相同，门锁不但不会被打开，而且会锁的更紧，从而保证了汽车侧面结构的完整性，减少乘員伤害。

但是，改进方案1在日常使用机械钥匙开/关锁时，钥匙的旋转方向发生了改变。改进方案2通过同时改变摇臂（上）的初始位置，使得在日常使用机械钥匙开/关锁时，钥匙的旋转方向与符合用户习惯的原方案保持一致。

以上三种方案发生碰撞、日常使用中性能对比如表1：

5 方案验证

根据改进方案2建立计算机仿真分析模型，通过计算机仿真计算，得到侧面碰撞过程中门锁机构运动状态如图6所示：

从图6可以看出，碰撞过程中，锁体机构和门把手的运动状态基本与原方案一致，开/关锁拉杆的受力状态亦与原方案一致，但锁体摇臂的旋转方向发生了变化，由原设计方案的顺时针旋转变成逆时针旋转，该旋转方向与用机械钥匙锁锁车门时旋转方向一致，此时门锁不但不会被打开，而且会锁的更紧。即采用改进方案后，车门碰撞解锁的问题将得到有效解决。

6 结论

本文针对某轿车典型的门锁机构，通过对门锁开/关拉杆（机械钥匙）及附件进行了详尽的建模，并将该模型装配到整车侧面碰撞仿真模型的上，进行计算机仿真。通过结果分析找出了侧面碰撞过程中车门解锁的原因。进而针对该问题展开了研究，通过对机械开锁传递机构该进行改进设计，提出了调整锁体摇臂和机械钥匙摇臂初始位置的解决方案，并验证了改进方案的有效性。得出如下结论：

（1）通过对门锁开/关拉杆及附件进行了详尽的建模，并将该模型装配到整车侧面碰撞仿真模型的上，进行计算机仿真。能够准确地反映侧面碰撞过程中门锁机构的运动状态，找出侧面碰撞时车门解锁的原因。

（2）侧面碰撞时门把手和锁体向车内侵入量不一致，门把手发生翻转，两者之间距离变大，导致开，关锁拉杆受到拉力，进而拉动锁体摇臂产生旋转，并且此旋转方向与用机械钥匙解锁时锁体摇臂旋转方向一致，是碰撞时门锁自动开启的原因。

（3）通过对开锁传递机构进行优化设计，调整锁体摇臂和机械钥匙摇臂的初始位置可以有效解决碰撞时车门自动解锁的问题。

参考文献：

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