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摘要：为了有效的保证汽车侧面碰撞的安全性，必须对汽车侧面结构进行合理的设计，使其侧面碰撞传力路径完整并且能够引导相应结构件充分变形吸能。本文首先分析了有限元模型的建立，然后分析了提升侧面碰撞安全性能的措施。
关键词：汽车；侧面；变形；可靠性；
引言
汽车侧面碰撞是发生频率最高的交通事故之一，在所有的交通事故中，侧面碰撞占32%，高于其他各类交通事故形態。在交通事故所造成的人员伤亡中，侧面碰撞所造成的伤亡人数占总伤亡人数的30.1%，也是造成人员伤亡最多的交通事故形态。因此，研究汽车侧面碰撞的安全性具有重要意义。为减少交通事故中的乘员损伤，世界各国相继出台了相应的法规以规范汽车侧面碰撞的安全性。我国于2006年开始实施国家强制法规《汽车侧面碰撞的乘员保护》（GB20071-2006），该法规参照欧洲的ECER95标准执行。
乘用车侧面吸能空间小，乘员与门内板之间仅有20-30cm的间隔，一旦受到来自侧面的撞击，乘员将受到强烈贯入的冲击载荷作用而受伤。车门作为重要的侧面结构，其侵入速度、侵入量与乘员的损伤有着直接的关系。国内外学者对此进行了大量研究，如徐涛等人采用均匀试验设计方法对车门主要部件进行了抗撞性优化设计。王嵌等人从轻量化的角度出发，对圆环、帽形和矩形3种不同截面的车门防撞杆进行了耐撞优化设计。Ali等研究了6种材料对车门防撞杆性能的影响，并设计了一种新的防撞杆结构，通过车门侧碰吸能试验，结果表明：改变车门防撞杆的材料和几何形状可以显著增大车门的吸能量，减小车门的变形。
然而国内外对汽车侧面碰撞安全性优化设计大多是以碰撞法规为基础来进行的，其忽略了实际交通事故发生时碰撞角度和碰撞速度的隨机性，所以满足碰撞法规要求的车型，其侧碰安全性也并不是完全可靠的。此外，传统的确定性优化设计方法依照工程经验确定的单一的安全系数可能会偏大或偏小，从而造成汽车材料浪费或者结构不够安全。本文以美国交通事故调查统计数据为基础，将可靠性理论应用于汽车车门的安全性研究，对车门部件进行优化设计。
一、有限元模型的建立
本文采用已经验证过的某轿车有限元模型。该整车模型包括前后车门、B柱、地板、门槛梁等影响侧面碰撞安全性的主要部件以及发动机舱、动力总成、行驶系统等。整车模型总质量2609kg。为了测量车门内板的侵量，本文在左右车门之间建立弹簧离散单元，材料模型采用SDMAT1，弹簧刚度设为10-5N/mm。通过输出弹簧变形量获得车门内板侵入量。
在侧面碰撞安全性分析中，侧围侵入量、侵入速度和侵入形态是影响整车侧面碰撞安全性能的重要指标。在以上轿车有限元模型中，以车门的内板、外板和防撞杆的材料和尺寸为设计变量，以实际交通事故中的碰撞角度和碰撞速度为随机变量，要求在碰撞过程中车门吸能量最大，同时车门的质量，车门内板最大侵入量，车门内板侵入速度满足设计要求。
二、提升侧面碰撞安全性能措施
提高侧面碰撞性能可从车身整体结构安全性能和约束系统匹配两方面解决。约束系统匹配乘员约束系统是车辆被动安全性的重要一环。大量研究表明，与乘员生物伤害指标相关的主要是乘员约束系统。在车身设计确保碰撞过程中乘员有足够的生存空间的基础上，约束系统的匹配不合理同样也会对乘员造成严重的伤害，约束系统的合理匹配对有效减少对乘员的伤害有重要意义。
填充方法也是一种不改变现有结构提高碰撞性能的有效途径，也是解决NVH问题的有效途径。填充方法是在现有结构薄弱位置的空腔中，在不影响相关零件的布置和功能的前提下，通过加入不同材基的填充物质，利用发泡材料作连接剂，在现有工艺工装条件下，利用发泡材料的性能，通过高温使其膨胀起到连接作用，从而对结构局部的强度进行加强。
这种方法的优点是实现简单，现车身结构的优化更改在更改现有车身结构时，通常最有效的方法是增加适当的简单加强部件，并保证不影响其相关位置原有部件的功能。但究其根本原因是车身结构的设计不合理，故设计师在车身结构设计时要充分考虑到车身结构的安全性能。
在车门设计时，合理设计防撞梁及其支架、中部加强板等横向传力部件，使其在撞击过程中能有效地将撞击力传递到侧围，减少车门的侵入量。同时优化车门与侧围的重叠范围，在碰撞时维持车门和侧围结构保持良好的结合。
结束语
在侧面碰撞中，侧面结构首先开始变形，具体的变形模式则根据变形结构件的形状和连接方式的不同而不同。由于首先开始变形的结构件不可能将所有的碰撞能量都完全吸收，因此其余的碰撞能量是该结构件开始引导连接在其周围的结构件发生变形吸能，随着碰撞的持续进行，将会有越来越多的结构件参与碰撞吸能，而不同结构件的吸能方式和吸能效率又各不相同，因此使得整个侧面结构在碰撞过程中的吸能变形是一个逐渐而又复杂的过程。研究结果表明，侧面碰撞可靠性优化设计不仅使得车门质量减少，而且可以实现在不同的碰撞边界条件下，汽车车门均满足侧面碰撞的安全性设计要求。
关键词：汽车；侧面；变形；可靠性；
引言
汽车侧面碰撞是发生频率最高的交通事故之一，在所有的交通事故中，侧面碰撞占32%，高于其他各类交通事故形態。在交通事故所造成的人员伤亡中，侧面碰撞所造成的伤亡人数占总伤亡人数的30.1%，也是造成人员伤亡最多的交通事故形态。因此，研究汽车侧面碰撞的安全性具有重要意义。为减少交通事故中的乘员损伤，世界各国相继出台了相应的法规以规范汽车侧面碰撞的安全性。我国于2006年开始实施国家强制法规《汽车侧面碰撞的乘员保护》（GB20071-2006），该法规参照欧洲的ECER95标准执行。
乘用车侧面吸能空间小，乘员与门内板之间仅有20-30cm的间隔，一旦受到来自侧面的撞击，乘员将受到强烈贯入的冲击载荷作用而受伤。车门作为重要的侧面结构，其侵入速度、侵入量与乘员的损伤有着直接的关系。国内外学者对此进行了大量研究，如徐涛等人采用均匀试验设计方法对车门主要部件进行了抗撞性优化设计。王嵌等人从轻量化的角度出发，对圆环、帽形和矩形3种不同截面的车门防撞杆进行了耐撞优化设计。Ali等研究了6种材料对车门防撞杆性能的影响，并设计了一种新的防撞杆结构，通过车门侧碰吸能试验，结果表明：改变车门防撞杆的材料和几何形状可以显著增大车门的吸能量，减小车门的变形。
然而国内外对汽车侧面碰撞安全性优化设计大多是以碰撞法规为基础来进行的，其忽略了实际交通事故发生时碰撞角度和碰撞速度的隨机性，所以满足碰撞法规要求的车型，其侧碰安全性也并不是完全可靠的。此外，传统的确定性优化设计方法依照工程经验确定的单一的安全系数可能会偏大或偏小，从而造成汽车材料浪费或者结构不够安全。本文以美国交通事故调查统计数据为基础，将可靠性理论应用于汽车车门的安全性研究，对车门部件进行优化设计。
一、有限元模型的建立
本文采用已经验证过的某轿车有限元模型。该整车模型包括前后车门、B柱、地板、门槛梁等影响侧面碰撞安全性的主要部件以及发动机舱、动力总成、行驶系统等。整车模型总质量2609kg。为了测量车门内板的侵量，本文在左右车门之间建立弹簧离散单元，材料模型采用SDMAT1，弹簧刚度设为10-5N/mm。通过输出弹簧变形量获得车门内板侵入量。
在侧面碰撞安全性分析中，侧围侵入量、侵入速度和侵入形态是影响整车侧面碰撞安全性能的重要指标。在以上轿车有限元模型中，以车门的内板、外板和防撞杆的材料和尺寸为设计变量，以实际交通事故中的碰撞角度和碰撞速度为随机变量，要求在碰撞过程中车门吸能量最大，同时车门的质量，车门内板最大侵入量，车门内板侵入速度满足设计要求。
二、提升侧面碰撞安全性能措施
提高侧面碰撞性能可从车身整体结构安全性能和约束系统匹配两方面解决。约束系统匹配乘员约束系统是车辆被动安全性的重要一环。大量研究表明，与乘员生物伤害指标相关的主要是乘员约束系统。在车身设计确保碰撞过程中乘员有足够的生存空间的基础上，约束系统的匹配不合理同样也会对乘员造成严重的伤害，约束系统的合理匹配对有效减少对乘员的伤害有重要意义。
填充方法也是一种不改变现有结构提高碰撞性能的有效途径，也是解决NVH问题的有效途径。填充方法是在现有结构薄弱位置的空腔中，在不影响相关零件的布置和功能的前提下，通过加入不同材基的填充物质，利用发泡材料作连接剂，在现有工艺工装条件下，利用发泡材料的性能，通过高温使其膨胀起到连接作用，从而对结构局部的强度进行加强。
这种方法的优点是实现简单，现车身结构的优化更改在更改现有车身结构时，通常最有效的方法是增加适当的简单加强部件，并保证不影响其相关位置原有部件的功能。但究其根本原因是车身结构的设计不合理，故设计师在车身结构设计时要充分考虑到车身结构的安全性能。
在车门设计时，合理设计防撞梁及其支架、中部加强板等横向传力部件，使其在撞击过程中能有效地将撞击力传递到侧围，减少车门的侵入量。同时优化车门与侧围的重叠范围，在碰撞时维持车门和侧围结构保持良好的结合。
结束语
在侧面碰撞中，侧面结构首先开始变形，具体的变形模式则根据变形结构件的形状和连接方式的不同而不同。由于首先开始变形的结构件不可能将所有的碰撞能量都完全吸收，因此其余的碰撞能量是该结构件开始引导连接在其周围的结构件发生变形吸能，随着碰撞的持续进行，将会有越来越多的结构件参与碰撞吸能，而不同结构件的吸能方式和吸能效率又各不相同，因此使得整个侧面结构在碰撞过程中的吸能变形是一个逐渐而又复杂的过程。研究结果表明，侧面碰撞可靠性优化设计不仅使得车门质量减少，而且可以实现在不同的碰撞边界条件下，汽车车门均满足侧面碰撞的安全性设计要求。