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汽车汽车碰撞机理分析-侧面损坏、车顶盖移动、尾部变形原因

【摘要】:尤其对于正面碰撞。这种反应所导致的汽车碰撞被称为侧面损坏。这将引起前罩板件和车顶盖向后移动及汽车尾部向下移动。如果碰撞点的位置低于汽车的前沿,汽车的车身质量将引起汽车的尾部向上变形,迫使车顶盖向前移动,这就是为什么在车门的前上部和车顶盖之间形成一个大缝隙的原因,如图7-9所示。

1.碰撞冲击力

汽车碰撞过程中,碰撞冲击力的方向总是同某点冲击力特定角度相关。因此,冲击合力可以分成分力,通过汽车向不同方向分散。

例如,在某汽车碰撞过程中,冲击力以垂直和侧向角度撞击汽车的右前翼子板,冲击合力可以分解成为三个分力:垂直分力、水平分力和侧向分力。这三个分力都被汽车零部件所吸收,如图7-6所示。水平分力使汽车右前翼子板变形方向指向发动机舱盖中心。侧向分力使汽车的右前翼子板向后变形。这些分力的大小及对汽车造成的损坏取决于碰撞角度。

冲击力造成大面积的损坏也同样取决于冲击力与汽车质心相对应的方向。假设冲击力的方向并不是沿着汽车的质心方向,一部分冲击力将形成使汽车绕着质心旋转的力矩,该力矩使汽车旋转,从而减小冲击力对汽车零部件的损坏,如图7-7a所示。

另一种情况是,冲击力指向汽车的质心,汽车不会旋转,大部分能量将被汽车零件所吸收,造成的损坏是非常严重的,如图7-7b所示。

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图7-6 碰撞角度和方向对汽车损坏的影响

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图7-7 碰撞方向与汽车质心的关系 a)偏心碰撞 b)对心碰撞

驾驶人的反应经常影响到冲击力的方向。尤其对于正面碰撞。驾驶人意识到碰撞不可避免时,其第一反应就是转动方向盘以避免正面碰撞,如图7-8a所示。这种反应所导致的汽车碰撞被称为侧面损坏。在众多的碰撞类型中,人们应首先了解这种碰撞类型损坏。

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图7-8 驾驶人反应对碰撞方向的影响

a)第一反应——避让 b)第二反应——制动

驾驶人的第二反应就是试图踩制动踏板,汽车进入制动状态,使汽车从前沿向下俯冲。这种类型的碰撞一般发生在汽车的前沿,比正常接触位置低,如图7-8b所示。由这种反应所导致的损坏类型称为凹陷,经常在侧向损坏后立即发生。正面碰撞中的凹陷能导致碰撞点高于汽车的前沿。这将引起前罩板件和车顶盖向后移动及汽车尾部向下移动。如果碰撞点的位置低于汽车的前沿,汽车的车身质量将引起汽车的尾部向上变形,迫使车顶盖向前移动,这就是为什么在车门的前上部和车顶盖之间形成一个大缝隙的原因,如图7-9所示。

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图7-9 典型正面碰撞的损伤

2.碰撞接触面积

假设汽车以相同的速度和相近的载货量行驶,碰撞的类型不同,损坏的程度也就不同。例如,撞击电线杆和一面墙,如果撞击的面积较大,损坏程度就较小,如图7-10a所示。

从另一个角度说,接触面积越小,损坏就越严重。如图7-10b中,保险杠、发动机舱盖、散热器等都发生严重的变形。发动机向后移动,碰撞所带来的影响甚至扩展到后悬架。

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图7-10 不同的碰撞接触面积产生的损伤

a)碰撞接触面积大 b)碰撞接触面积小

另一种情况是,一辆汽车撞击另一辆正在运动的汽车。如图7-11所示,假设汽车1向正在运动的汽车2侧面撞击。汽车1的运动使汽车前端向后运动,然而汽车2的运动将汽车1向侧面“拖动”。尽管这仅是一次碰撞,但是碰撞损失却是两个方向的。此外,在一个方向也可能出现二次碰撞,在高速公路连环相撞是一种普遍存在的现象。一辆轿车撞击另一辆轿车,然后冲向路边的立柱或栏杆,这是两种完全不同类型的碰撞。

还有许多其他类型的碰撞和混合碰撞的类型,要作出精确的损失评估,弄清楚汽车碰撞是如何发生的是非常重要的。获取大量的交通事故资料,并将它们同物理测量相结合,判定出汽车碰撞的类型及车身和哪些零件扭曲或折断。

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图7-11 典型侧面碰撞的损伤

(箭头方向为碰撞前汽车行驶方向)

3.冲击力的传递原理

现代汽车车身上有许多焊接缝。这些焊接缝可以作为汽车结构的刚性连接点。这些刚性连接点将冲击力传递给整个汽车上与之连接的钣金件和汽车零部件,因此大大降低了汽车的结构变形。

例如,如图7-12所示,假设汽车前角受到一个力F0作用,B区域将会变形,减小了F1的冲击作用,剩下的冲击力传递到C点,金属将发生变形,能量继续减小,力变为F2F2将分解成两个方向传递到D点,冲击力继续减弱为F3,所受到的力继续改变方向并冲击着车身的支柱和车顶盖,E点的冲击力F4继续减小,汽车车顶盖金属轻微变形,在F点几乎不再有冲击力,也不再发生变形。碰撞能量大部分都被汽车零部件所吸收,刚性连接点、结构件、钣金件都可以吸收能量。不仅这些部分可以直接吸收碰撞能量,而且其他与该点相连的零件也会发生变形,甚至在该点的对面的零部件也能够发生变形或偏离原来位置。

要想完全掌握现代汽车特别是承载式车身汽车的碰撞损坏,了解汽车的冲击力传递原理是非常重要的,如图7-13所示。否则,就不能理解轻微损坏可能会引起汽车在操纵控制和运行性能上发生严重故障的事故损失。

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图7-12 碰撞冲击力传递原理

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图7-13 追尾碰撞冲击力分布和碰撞能量吸收区域