重型貨車及乘用車碰撞兼容性

重型貨車及乘用車碰撞兼容性：結(jié)構(gòu)的相互作用分

析和深入的事故分析1、引言和所有的交通事故相比，正面碰撞的重型貨車車輛的數(shù)量（重型貨車，即卡車最大車輛質(zhì)量等于或超過12噸）客車發(fā)生這種事故相對較少。不幸的是，大多數(shù)這些碰撞導(dǎo)致死亡或客車乘客嚴(yán)重受傷。原因可以歸因于兩種類型的車輛的結(jié)構(gòu)和質(zhì)量（剛性）之間的差異。通過其變形，碰撞時乘用車弱吸收更大量的動能而卡車不是。由于卡車和轎車之間不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計，它們的能量吸收不重合。通常情況下，主縱線上車輛（縱向如下文所述）放置在一個水平，是在一輛卡車的車架縱梁下面（導(dǎo)軌在下面的文本詳述）。在車的前部在沒有其他有效吸能的部的在車輛的縱向水平線上（甚至低于它們）導(dǎo)致了碰撞過程中的，乘用車被大車壓倒性的掀翻。接觸力被引導(dǎo)到的較高的位置和柔軟的部位。隨后往往是由汽車的發(fā)動機和的硬部件之間的部分接觸卡車。這款車的前部柔軟結(jié)構(gòu)的不足，能量耗散引起的入侵進(jìn)入乘員艙，而卡車變形小，吸能也小。Rechnitzer（1993）進(jìn)行的重型車輛和乘用車之間的事故的詳細(xì)研究（定義為車輛＞3.5噸的車輛總質(zhì)量）。最新的汽車車型正面碰撞是1989年，大部分的貨車都有吸能裝置。基于事故調(diào)查，他建議車應(yīng)裝有一個吸能前障礙。使用模型分析，通過安裝吸能裝置吸收能量的行為正在被研究（Rakheja等，1999）。可以得出結(jié)論，提出的守衛(wèi)裝置，可能吸收汽車碰撞過程中的質(zhì)量有關(guān)的動能的80%。在該模型中，一個空間在一個平頭型發(fā)動機的卡車前部設(shè)計的可用性（大部分車由歐洲設(shè)計的）沒有考慮。由于歐洲對車輛的長度的要求，和事實上在前端的任何擴展，都會降低有效載荷的可用的長度，安全設(shè)備空間是非常有限的（福斯曼，2002）?？ㄜ囀鹿试跉W洲1995年2001年之間的時間段的統(tǒng)計分析（Gwehenberger等人，2003）顯示，車內(nèi)的乘客死亡的百分比人仍是不可接受的。關(guān)于在汽車卡車有關(guān)正面碰撞事故的問題，卡車各個廠家有義務(wù)裝備HGVs并配備FUP，由于指令2000/40/EC指令的生效于2003年8月FUP必須遵從歐洲經(jīng)濟委員會規(guī)例第93（ECER93）。這FUP要求應(yīng)提供有效保護(hù)的乘用車針對撞入卡車正面碰撞的情況下。該測試進(jìn)行車輛的改造中通過開發(fā)碰撞相容性碰撞測試程序（VC-compat），并且被德咕等報道出來。一個標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的“剛性”FUP符合該法規(guī)的要求，足以防止一切的實驗室測試案例中的傷害，但家人受傷的程度隨著正面碰撞的素的增加而增加，并且會增加而超過安全范圍，在某些情況下最高限值速度為64km/h。根據(jù)Gwehenberger的研究，可是（2003）百分比僅為30%致命的車對車正面碰撞的發(fā)生，在最高限值速度低于120公里每小時，同時與FUP設(shè)備進(jìn)行的測試將獲得更低的最高限值速度?？磥?，有必要制定車載設(shè)備使之獲得更高的速度。對于乘用車更多的保護(hù)是可能的，如果FUP吸收能量，Rechnitzer（1993）如提出。VC-compat的標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)e.a.測試，F(xiàn)UP不能觸發(fā)e.a變形，因此不能顯示出具有FUP與能量吸收能力的顯著益處。經(jīng)特殊設(shè)計的FUP設(shè)備的測試顯示，有e.a的FUP一些優(yōu)點，至少一個測試用例。然而，根據(jù)從車隊明智的基于哈姆計算模擬研究（施拉姆等人，2006），受傷的風(fēng)險表明，一個e.aFUP相比于剛性FUP是有益的。演示完全正面剛性壁碰撞測試中，Pipkorn等（2005）指出，有一種可能性是，正面碰撞的乘員保護(hù)的碰撞速度可以提高到80km/h。這就提出了在車車相撞的實驗中，什么可以用來減少汽車對卡車的傷害事故在汽車更高的速度情況下。在那里觀察車合理的保護(hù)，測試乘用車和卡車都很好匹配FUPS及汽車縱向高度。在現(xiàn)實中是這樣嗎？為什么沒有標(biāo)準(zhǔn)的生產(chǎn)e.a。FUP在VC-Compat測試表現(xiàn)良好？兩個研究問題從前面的討論中產(chǎn)生：1） 是FUP，滿足在ECE法規(guī)第93號，足以防止乘用車的翻傾或降低的意外嚴(yán)重程度水平？2） 如果第一個問題的回答是“沒有”，應(yīng)該做什么才能得到更有效的FUP？通過比較重型貨車和客車在歐洲道路上行駛并附有詳細(xì)深入的調(diào)查配備FUP重型貨車和汽車之間碰撞的結(jié)構(gòu)，回答這兩個研究問題進(jìn)行了研究。2、方法論歐洲乘用車和卡車的結(jié)構(gòu)，從結(jié)構(gòu)相互作用的觀點來分析。結(jié)果進(jìn)行了比較，第93號法規(guī)對VC-compat的轎車和卡車結(jié)構(gòu)給出尺寸限制/幾何數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，作為卡車和汽車結(jié)構(gòu)的分析的基礎(chǔ)。該數(shù)據(jù)庫包含55人客車和質(zhì)量大于或等于12噸的98輛卡車用的結(jié)構(gòu)信息。細(xì)致深入的事故分析客車和卡車之間的正面碰撞已經(jīng)完成。三組事故從數(shù)據(jù)庫中搜索出來：1）國家汽車采樣系統(tǒng)-耐撞性數(shù)據(jù)系統(tǒng)（NASSCDS）美國國家公路交通安全管理局（NHTSA，美國）的碰撞庫；2）泛歐協(xié)調(diào)事故及傷害的數(shù)據(jù)庫（吊墜-歐洲）3）死亡事故的瑞典公路管理局-西部地區(qū)（SRA-WR）。搜索被限制在有據(jù)可查的前面，裝載FUP卡車和晚于1998年生產(chǎn)的客車相撞來采集信息。出了事故都被認(rèn)為是有據(jù)可查的，因為報告包含兩輛車變形的照片和在事故發(fā)生前的情況。事故分析是基于所述車輛的結(jié)構(gòu)信息，并從事故收集的數(shù)據(jù)。由于結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫不提供有關(guān)卡車足夠的結(jié)構(gòu)信息，不包括涉及意外的所有乘用車車型，有些結(jié)構(gòu)信息是直接從廠家采取的。對于每一個選擇的情況下，車輛的三維幾何模型，事故發(fā)生前定位。該模型使用Pro-EngineerWildfire的2.0軟件作出，并根據(jù)車輛的實際尺寸和從事故數(shù)據(jù)庫得出的數(shù)據(jù)。在分析中，重點是相關(guān)的結(jié)構(gòu)部件和它們變形（或不存在）的因果關(guān)系。3、結(jié)構(gòu)性相互關(guān)系的分析與討論為了防止乘用車被覆蓋，F(xiàn)UP必須被設(shè)計成這樣一種方式，它能夠阻止乘用車在空間上縱向移動到卡車的軌跡下。因此，在事故中預(yù)期FUP橫向構(gòu)件與縱向構(gòu)件轎車垂直交疊。這在第39條中已經(jīng)考慮到了，但它僅僅是指允許400毫米最大FUP橫梁間隙和其截面高度不小于120毫米的空載貨車。當(dāng)比較FUP橫梁和汽車縱向相對配股時，如果車是空的幾乎所有的卡車和VC-compat的數(shù)據(jù)庫中的轎車的高度重疊是相當(dāng)不錯。滿載的卡車形勢的變化。盡管幾乎所有的卡車遵守規(guī)定，大部分在滿載狀態(tài)下的卡車有其FUP橫向構(gòu)件相比于乘用車的縱向構(gòu)件放置的非常低，參見圖1。

FUPDcross-nicinlxTLongitudinaEsol^CarR93-Limitof400mm十120mmheight圖1比較卡車完全空載時FUP橫向構(gòu)件和轎車縱向構(gòu)件的位置。根據(jù)第39條包括FUP橫向構(gòu)件間隙的限制及其部分高度。圖1比較卡車完全空載時FUP橫向構(gòu)件和轎車縱向構(gòu)件的位置。根據(jù)第39條包括FUP橫向構(gòu)件間隙的限制及其部分高度。圖2汽車的縱向構(gòu)件，貨車的導(dǎo)軌和屬于FUP的橫向構(gòu)件：A）相對位置B）可能造成的影響的情況。這種碰撞情況可能導(dǎo)致通常非常堅硬的FUP橫向支撐構(gòu)件和汽車較軟的部分之間產(chǎn)生影響（參見圖2b）。這兩個例子表明，如果法規(guī)也給出了FUP橫向構(gòu)件間隙的下限，甚至增加了橫向構(gòu)件限制部分的高度也是有用的?？ㄜ嚢l(fā)動機（圖3）在導(dǎo)軌的放置位置之間的比較示出了在碰撞期間的汽車發(fā)動機和卡車導(dǎo)軌之間接觸的可能性。接觸發(fā)生在空載和滿載的卡車之間。圖3是表示滿載卡車的情況。這兩種結(jié)構(gòu)之間產(chǎn)生的接觸可能會導(dǎo)致侵入轎車的乘員室。考慮卡車的前部設(shè)計修改可能是有用的。通過僅僅提高卡車導(dǎo)軌前部（如在圖3b中給出），將阻止汽車發(fā)動機和卡車導(dǎo)軌之間的接觸。在此設(shè)計中，F(xiàn)UP橫向構(gòu)件的截面高度可以增加，因此可以覆蓋更大范圍的乘用車縱向構(gòu)件。(irunntJ圖3(irunntJ圖3汽車發(fā)動機和卡車的導(dǎo)軌：a）相對位置，b）卡車前部設(shè)計修改建議4、深入事故的分析與討論NASS的數(shù)據(jù)庫中沒有案例滿足搜索條件（見第2節(jié)）。SRA-WR數(shù)據(jù)庫包含的三個案件也滿足在PENDANT數(shù)據(jù)庫中發(fā)現(xiàn)的兩個標(biāo)準(zhǔn)。除了這三種情況，SRA-WR數(shù)據(jù)庫已經(jīng)調(diào)查了肇事卡車沒有配備FUP的特殊情況。所有事故導(dǎo)致轎車司機死亡，而貨車司機受輕傷幸免于難。在轎車或卡車上沒有其他乘客。每一個事故的簡短描述如下照片，車輛的3D模型，并進(jìn)行了討論。事故案例一：半載貨卡車（2000年款）的拖車卷入了與轎車的正面碰撞中（1998年款）。轎車的重疊率為100%，而卡車為50%。這次事故是嚴(yán)重的，造成了轎車司機的死亡?？ㄜ嚨乃俣仁?0km/h，而轎車行駛的速度大約為90km/h。間隙和FUP橫向構(gòu)件（半載貨汽車）的截面高度配合轎車的縱向構(gòu)件。該轎車被卡車在其左側(cè)覆蓋（見圖4）。在發(fā)生碰撞時，車的左橫向構(gòu)件梁支撐和底座支架之間的連接已斷開。該FUP彎曲使得轎車鉆撞卡車，撞擊了卡車的左側(cè)懸掛支架。這導(dǎo)致了較低的懸架臂的彎曲。轎車彈了起來，鉆入了卡車（圖4e高亮顯示）的前上部。汽車的右縱向構(gòu)件是不動的，而左邊的一個在上側(cè)變形，但仍然保持直線（在圖4d突出顯示）。該轎車駕駛室入侵的經(jīng)驗。該轎車的副車架并沒有接觸到卡車的任何部件。圖4案例一：車輛在該位置之前的3D幾何模型事故：a）側(cè)視圖，b）等角視圖，c）俯視圖。事故發(fā)生后車輛：d）轎車，e）和f）卡車。虛線橢圓表示匹配的撞擊點。根據(jù)規(guī)定93卡車的FUP在點P2和P3處通過測試但未能在點P1處通過。點P1指的是FUP橫向構(gòu)件的最外部它與FUP失敗的主要原因并不像。事故案例二：這種情況指的是滿載的帶有掛車的卡車（2002年款）與客車（2001年款）有15度和30度的碰撞角度。卡車速度為60km/h，轎車行駛速度大約為70km/h。即使在卡車上的FUP與方案I是相同的同時客車與方案I也有類似的結(jié)構(gòu)，轎車并沒有被覆蓋。這兩個汽車的縱向構(gòu)件均變形。在這樣的一種方式中左邊的一個變形允許有效的能量吸收，右邊的部分被向上彎曲（在圖5c中突出顯示）。該車駕駛室入侵和客車司機在事故中死亡。如在前面的情況下，轎車的縱向構(gòu)件和FUP橫向構(gòu)件的高度匹配良好。施加在FUP的左側(cè)基部托架上的力比在前面的由于在較低的速度和與0°不同的撞擊角度（圖5b中，虛線箭頭）中的力更低。撞擊角度，小的重疊和FUP橫向構(gòu)件弱外側(cè)造成卡車左側(cè)角落返回，然后接觸向內(nèi)彎曲但沒有折斷的貨車懸架。在FUP和在轎車縱向構(gòu)件水平分量的懸架系統(tǒng)幾乎造成轎車前部的完全變形（參照圖5）。轎車駕駛室被入侵。看來即使在這種情況下，僅僅轎車速度太高占用幾乎所有的動能。圖5案例二：在事故之前車輛位置的三維幾何模型：a）側(cè)視圖，b）俯視圖。事故發(fā)生后車輛：c）轎車以及d）卡車。虛線橢圓表示轎車旋轉(zhuǎn)前后匹配的撞擊點。事故案例三：一輛帶有拖車的卡車（車型年2003年）和轎車相撞（1998年款）?？ㄜ嚺鋫溆心芰课誇UP。兩者計算出的轎車的相當(dāng)能量速度和關(guān)閉速度大約115km/h。這兩款車行駛的速度小于或等于90km/h。偏移量約為75%?？蛙囁緳C在事故中死亡。左邊的能量吸收元素FUP（e.a.）被徹底粉碎。左粉碎體元件左側(cè)的e.a.元素完全充滿FUP橫向構(gòu)件與左懸掛件（圖6）之間的空間。前部左側(cè)e.a.元素的橫向構(gòu)件彎曲而在其右側(cè)保持直線。正確的e.a.元素保持不變。車子不被覆蓋但是受到了嚴(yán)重?fù)p壞。大部分沖擊力的集中于汽車的左前側(cè)?？蛙囻{駛室經(jīng)受入侵。一個更有效的能量吸收（e.a.）FUP的解決方案可能是帶有橫向構(gòu)件的FUP高的耐彎曲性構(gòu)件通過超過兩個點以上的吸能結(jié)構(gòu)來支撐。支撐應(yīng)放在懸架旁

邊，而不是他們在前面為了使用懸架和橫向構(gòu)件之間的所有可用空間。橫向構(gòu)件必須被強制平行移動到其安裝位置。這將使所有的e.a.元素同時變形（參見圖7）。圖6案例三：車輛在事故之前位置的三維幾何模型：a）等角視圖，b）側(cè)視圖，c）俯視圖。照片中是事故后的車輛：d）轎車和e）卡車和f）左側(cè)e.a.變形元素。該虛線橢圓表示匹配的碰撞點。圖7效率更高e.a.FUP提案。紅色部分代表能量吸收原件。事故案例四：一輛卡車以（2000年款）以93km/h的速度行駛時，一輛卡車司機發(fā)現(xiàn)客車（2000年款）從對面駛來。急剎車后，卡車的速度降低到40km/h。乘用車的速度是未知的。目前還沒有侵入乘員室。客車司機是由于沒有使用安全帶而造成死亡。這輛卡車沒有配備FUP。雖然汽車的縱向機構(gòu)放置在卡車的任何堅硬的部分水平下客車在事故中沒有被覆蓋。轎車被與汽車發(fā)動機和卡車散熱器由卡車引擎的支持之間的接觸而停止。Forsman（2002年）指出，汽車散熱器系統(tǒng)經(jīng)常參與碰撞以降低沖擊力。這也許是因為在此碰撞中一部分動能也能夠通過卡車?yán)鋮s器部件所吸收。如果汽車發(fā)動機被放置在右側(cè)（參見圖8），代替齒輪箱，它將擊中卡車拖車可能引起侵入乘員室。這再次表明，需要

考慮卡車卡車前部設(shè)計的修改以阻止其堅硬的拖車和乘用車發(fā)動機之間的接觸（見第3部分）。EngineLouerraiknotdetnrmed等軸測視圖9解決方案提出了事故中利用卡車散熱器的能量吸收的元素圖8案例四：事故之前車輛位置的三維幾何模型：a圖9解決方案提出了事故中利用卡車散熱器的能量吸收的元素圖8案例四：事故之前車輛位置的三維幾何模型：a）側(cè)視圖，b）俯視圖,c）圖。事故后的車輛：d）轎車和e）卡車。虛線橢圓表示匹配的撞擊點。先前提出的凸起導(dǎo)軌修改可能是有益的。凸起的導(dǎo)軌防止汽車發(fā)動機和卡車的拖車之間的接觸，但允許汽車發(fā)動機和卡車散熱器獲得較大范圍的橫向重疊的接觸（參見圖9）。在回答第一個研究問題：按照ECE法規(guī)93號足以設(shè)計出FUP-是“不總是”。第二個研究問題是確定改進(jìn)的FUP設(shè)計和性能解決已發(fā)現(xiàn)的不足之處。這項工作的結(jié)論如下，并隨后建議如何改善FUP的效率：第93條規(guī)定的FUP橫梁間隙用于卡車在其空載狀態(tài)下的上限值。由