侧向撞击力传递的路径大致有四种:
(1)车门所受侧向撞击力向车门框传递。如果车门内布置了抗侧撞梁,前门受到的侧向撞击力将主要被传递到铰链柱和B柱;后门受到的侧向撞击力将主要被传递到B柱和C柱。
(2)铰链柱侧向力上端向下风窗横梁和仪表板安装横梁传递,下端向位于该处车身底部的横向结构梁传递。C柱受到侧向力时,情况与此类似。
(3)对B柱向车内变形的抵抗,主要来自其弯曲刚度和B柱上、下接头的刚度。通过B柱上接头,作用在B柱上的部分力通过车顶边梁、车顶横梁和相关的接头结构向非撞击侧传递。通过B柱下接头,作用在B柱上的部分力被传递给门槛梁。
(4)作用在门槛梁上的侧向力,一方面来自外部的直接撞击;另一方面来自B柱的传递。门槛梁受到的侧向力通过车身底部的横向结构被传递到非撞击侧。
侧向载荷路径的设计的关键点
由于发生侧面碰撞时乘员舱允许的压缩空间十分有限,所以车身结构侧面抗撞性设计应以提高乘员舱刚度、减小乘员舱变形为主要目标。为了减小汽车侧面受到撞击后对乘员舱的侵入,在设计侧向撞击力在车身结构中传递的路径时,要注意如下几点:
(1)乘员舱横向结构对侧向结构向车内的运动或变形起到了重要的抵抗作用。
(2)侧围结构自身的刚度对其向车内的运动或变形也起到了重要的作用。
(3)车门抗侧撞梁和B柱将侧向撞击力分流给侧围框架,并经乘员舱的横向结构传递到非撞击侧。如何将侧围结构组织成一个刚性的整体,对于减小车门对乘员舱的侵入非常重要。
(4)采用类似3H形的加强方案车身结构,有利于碰撞力的分流。“3H”是指在车身的底部、侧面和顶部的骨架都呈现“H”形,并组成立体框架的设计,见图3。
图3 3H结构示意图
德国亚琛工业大学在2010年研究了25个车身部件在侧碰中的表现,发现:在侧面碰撞时B柱、车门防撞梁、地板横梁、门槛梁等对侧面碰撞安全的影响较大,各部件刚强度和安全性的相关性如图4所示。
图4 部件刚强度和侧面碰撞的相关性
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