CN116101375A - 一种提高非承载式客车被动安全性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种提高非承载式客车被动安全性的方法，包括采用两级压溃式车架，前强中弱可压溃车身骨架设置和五点式座椅固定。本发明首创两级压溃式客车车架，在车架前端设置吸能区，车架中段设置折叠缓冲区，有效降低客车碰撞时的车身减速度，能降低后排车内乘员所受伤害；首次采用可压溃式客车车身骨架，使车身变形区后移到驾驶室后部，有效保护驾驶员生存空间不被侵入，保护驾驶员安全；首次采用地板及侧围组合五点式座椅固定方式，确保座椅固定牢靠不松脱，配合安全带使用，将车内乘员约束在座椅上，避免乘员甩出造成人员伤亡；本发明基于现有工艺及技术水平，通过车架及车身的强度设计即可实现，大大提高客车的被动安全性能。

Description

一种提高非承载式客车被动安全性的方法

技术领域

本发明属于客车技术领域，具体涉及一种提高非承载式客车被动安全性的方法。

背景技术

客车碰撞事故主要包括正面碰撞、翻车、追尾及侧面碰撞等，其中正面碰撞事故造成的伤亡人数最多。客车正面碰撞事故约占客车事故的40％～60％，同时死亡人数占比达到60％左右，提高客车正面的被动安全性迫在眉睫。我国的客车以平头车居多，发生正面碰撞事故时，客车前端吸能距离短，吸能结构少，驾驶室极易被挤压变形，驾驶员生存空间被侵入而导致损伤严重。如果提高客车的结构强度，尽量减少客车在碰撞事故中的变形，可以在正面碰撞事故中一定程度地保护驾驶员，但会导致车身减速度过大，后排车厢内座椅固定点松脱或乘员的安全带勒伤乘员。当客车发生正碰后，后排乘员由于惯性向前运动，即使有安全带的约束，乘员头部也很有可能与前排座椅靠背发生二次碰撞，造成严重伤害。

现有技术公开了一种抗冲击的客车底盘框架结构来保护驾驶员，保证驾驶员生存空间不被侵入。所述前端防护机构可以承受来自外部的冲击，能量吸收机构能够缓冲前端防护机构传递过来的外部冲击。该发明能够保护驾驶员的生命安全，但对后排乘员的保护效果不好，无相应措施实现对后排乘员的保护。现有技术还公开了一种客车碰撞吸能结构，可以避免碰撞冲击力直接传递至车身，使得车厢内乘客处于相对平稳的状态，对客车提供吸能保护。但随着吸能结构向后移动，势必导致驾驶室压溃变形，驾驶员生存空间受到侵入。以上可见，现有的客车无法兼顾驾驶员及后排乘员被动安全性。

发明内容

本发明的目的就在于提供一种提高非承载式客车被动安全性的方法，以解决现有客车技术无法兼顾驾驶员及后排乘员被动安全性的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种提高非承载式客车被动安全性的方法，包括以下步骤：

A、采用两级压溃式车架

对非承载式客车的车架进行强度设计，在车架前端设置吸能区，驾驶室后端对应的车架处设置折叠缓冲区，当前端吸能盒完全压溃后，进一步通过折叠缓冲区的变形降低车身减速度峰值；

B、前强中弱可压溃车身骨架设置

将驾驶室正下方处的车架设置为不变形区，保证驾驶室结构完整，不被挤压变形，在车身中后段骨架处设置弱化区，使车身在弱化区变形，保证驾驶员生存空间完整；

C、五点式座椅固定

采取地板及侧围共同固定座椅，使乘员及座椅整体的质心距离固定点更近，减小碰撞事故中前向翻转力矩。

进一步地，步骤A，所述车架吸能区布置有吸能盒，用于吸收碰撞能量，缓冲碰撞强度，使发生事故后的车身在相对较小的减速度下进行减速。

更进一步地，前端所述吸能盒发生变形，车身减速度不超过20g，在整个碰撞工程中，车身减速度不超过25g。

更进一步地，所述吸能盒长度为130mm。

更进一步地，所述吸能盒截面形状为封闭的“目”字形。

更进一步地，所述吸能盒的截面积A₁应满足如下条件：

σ_s1×A₁≤20×m×g

即：

式中，σ_s1为吸能盒所用材料的屈服强度，m为客车仿真总质量，g为重力加速度。

截面形状为封闭的“目”字形。

更进一步地，步骤A，折叠缓冲区为“C”字形截面的钢板组成，截面积A₃应满足如下条件：

σ_s1×A₁≤σ_s2×A₃≤25×m×g

即：

式中，σ_s2为车架所用材料的屈服强度。

更进一步地，步骤B，所述车架为两个“C”字形截面的钢板焊接成“口”字形，截面积A₂需满足如下条件：

σ_s2×A₂≥25×m×g

即：

进一步地，步骤C，在地板上设置两个固定点，在侧围上设置三个固定点。

更进一步地，位于侧围的三个固定点中，前端设置一个，后端设置两个。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提高非承载式客车被动安全性的方法，其优点如下：

1、首创两级压溃式客车车架，在车架前端设置吸能区，车架中段设置折叠缓冲区，有效降低客车碰撞时的车身减速度，能降低后排车内乘员所受伤害；

2、首次采用可压溃式客车车身骨架，使车身变形区后移到驾驶室后部，有效保护驾驶员生存空间不被侵入，保护驾驶员安全；

3、首次采用地板及侧围组合五点式座椅固定方式，确保座椅固定牢靠不松脱，配合安全带使用，将车内乘员约束在座椅上，避免乘员甩出造成人员伤亡；

本发明基于现有工艺及技术水平，通过车架及车身的强度设计即可实现，大大提高客车的被动安全性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1本发明中车身与车架强度分区；

图2车架吸能盒截面；

图3车架不变形区截面；

图4车厢内座椅固定形式；

图5 32kph正面碰撞仿真中车身减速度波形；

图6 32kph正面碰撞仿真中座椅变形形态。

图中，101.车架吸能区 102.车架不变形区 103.车架折叠缓冲区 104.车身弱化区 501.座椅与侧围固定点 502.座椅与地板固定点。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明：

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1-图6所示，本发明提高非承载式客车被动安全性的方法，包括以下步骤：

1、两级压溃式车架。

对非承载式客车的车架进行强度设计，在车架前端设置吸能区，驾驶室后端对应的车架处设置折叠缓冲区。车架吸能区布置有吸能盒，吸收碰撞能量，缓冲碰撞强度，使发生事故后的车身在相对较小的减速度下进行减速。驾驶室后端的车架上设置折叠缓冲区，当前端吸能盒完全压溃后，进一步通过折叠缓冲区的变形降低车身减速度峰值。通过降低客车发生正碰事故时车身的减速度，减小安全带对乘员的拉力，进而降低安全带拉力造成的伤害。通过车架强度设计，确保吸能区先于折叠缓冲区发生变形，保证车架依序向后变形。

2、前强中弱可压溃车身骨架。

驾驶室正下方处的车架设置为不变形区，不变形区的车架具有足够强度，发生碰撞事故后，此处车架不发生变形，保证驾驶室结构完整，不被挤压变形。由于第一步中采用了两级压溃式车架，车架中段的折叠缓冲区发生折叠，必然导致车身前端随着车架一起向后移动，为保证驾驶室内驾驶员的生存空间不被侵入，在车身中后段骨架处设置弱化区，确保车身在弱化区变形，进而保证驾驶员生存空间完整。

3、五点式座椅固定。

客车座椅普遍距离地板较高，乘员坐在座椅上，整体的质心相对地板较高，一旦客车发生正碰事故，乘员由于惯性向前冲，安全带将乘员的冲击力传递到座椅上，座椅受到很大的向前的力，由于座椅距离地板较高，导致座椅向前翻转的力矩较大。如果座椅固定点都设置在地板上，则如此大的力矩会使座椅后固定点失效脱出，进而导致乘员向前俯冲撞击前排座椅，造成非常严重的头部及颈部伤害。为了提高座椅固定强度，本发明采取地板及侧围共同固定座椅的方式，在地板上设置两个固定点，在侧围上设置三个固定点，位于侧围的三个固定点中，前端为一个，后端为两个。通过如此布置座椅固定点，使乘员及座椅整体的质心距离固定点更近，有效减小碰撞事故中前向翻转力矩。

通过以上三步的综合作用，提高非承载式客车的被动安全性，既确保驾驶员生存空间完整不被侵入，又降低车厢内后排乘员伤害。

本发明车架强度分段设置，最前端吸能盒处最弱，驾驶室正下方车架强度最强，后方的折叠缓冲区次之。当客车发生正面碰撞时，吸能盒最先压溃变形，其次是折叠缓冲区，不变形区不发生压溃或折叠。车身驾驶室后方区域设置弱化区，在主要结构上增设弱化诱导筋，使弱化区的强度弱于前端的驾驶室。当客车发生正面碰撞时，驾驶室后面的弱化区变形，驾驶室整体向后移动，驾驶室内空间保持完整。车厢内座椅采用5点式固定，2个位于地板上，3个位于车身侧围上。

实施例1

本实施例基于正面32公里的刚性墙碰撞进行说明，客车发生碰撞时，首先前端吸能盒发生变形，确保车身减速度不超过20g，在整个碰撞工程中，确保车身减速度不超过25g。

1、首先进行车架截面设计：

吸能盒压溃变形，车身减速度不超过20g，吸能盒的截面积A₁应满足如下条件：

σ_s1×A₁≤20×m×g

即：

式中σ_s1为吸能盒所用材料的屈服强度，m为客车仿真总质量，g为重力加速度。在结构允许的情况下，吸能盒的长度应尽量长，以使吸能时间尽量长，本实施例中吸能盒长度为130mm，截面形状为封闭的“目”字形。

车架不变形区的强度应足够强，在整个碰撞历程中不发生变形。车架为两个“C”字形截面的钢板焊接成“口”字形，截面积A₂需满足如下条件：

σ_s2×A₂≥25×m×g

即：

式中σ_s2为车架所用材料的屈服强度。

为了保证车架的折叠缓冲区在吸能盒完全压溃吸能后才开始折叠且车身减速度不高于25g，折叠缓冲区为“C”字形截面的钢板组成，截面积A₃应满足如下条件：

σ_s1×A₁≤σ_s2×A₃≤25×m×g

即：

在以上的车架截面设计中忽略了车身承受的截面力，这主要是由于在折叠压溃区发生压溃折叠前，车架为主要承力构件，车身承受的撞击力相对很小。

2、其次，基于以上车架截面积进行整车的正面碰撞仿真：

车身减速度波形如图5。在前25ms内车架前端吸能盒压溃吸能，减速度小于20g，而后车架折叠缓冲区开始折叠，在32ms时刻减速度达到峰值24.4g。车架不变形区未发生变形，车身驾驶室结构完整，驾驶员生存空间未受侵入。

3、最后，基于图5进行座椅固定点强度的仿真：

将前后两排座椅安装在客车车身上，HYBRID III型50百分位男性人体模型分别放置在前、后两排座椅上，前排假人佩戴安全带，后排假人不佩戴安全带。为仿真模型施加32kph的前向初速度，为车身施加图5所示向后的减速度。座椅变形形态如图6，根据仿真结果，座椅固定点足够牢固，无失效脱出风险。

综上所述，客车在发生正面碰撞时，驾驶室未发生变形，车身减速度峰值不超过25g，且座椅固定牢靠。能够确保驾驶员及后排乘员的安全，有效提高了客车的被动安全性能。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种提高非承载式客车被动安全性的方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、采用两级压溃式车架

对非承载式客车的车架进行强度设计，在车架前端设置吸能区，驾驶室后端对应的车架处设置折叠缓冲区，当前端吸能盒完全压溃后，进一步通过折叠缓冲区的变形降低车身减速度峰值；

B、前强中弱可压溃车身骨架设置

将驾驶室正下方处的车架设置为不变形区，保证驾驶室结构完整，不被挤压变形，在车身中后段骨架处设置弱化区，使车身在弱化区变形，保证驾驶员生存空间完整；

C、五点式座椅固定

采取地板及侧围共同固定座椅，使乘员及座椅整体的质心距离固定点更近，减小碰撞事故中前向翻转力矩。

2.根据权利要求1所述的一种提高非承载式客车被动安全性的方法，其特征在于：步骤A，所述车架吸能区布置有吸能盒，用于吸收碰撞能量，缓冲碰撞强度，使发生事故后的车身在相对较小的减速度下进行减速。

3.根据权利要求2所述的一种提高非承载式客车被动安全性的方法，其特征在于：前端所述吸能盒发生变形，车身减速度不超过20g，在整个碰撞工程中，车身减速度不超过25g。

4.根据权利要求2所述的一种提高非承载式客车被动安全性的方法，其特征在于：所述吸能盒长度为130mm。

5.根据权利要求2所述的一种提高非承载式客车被动安全性的方法，其特征在于：所述吸能盒截面形状为封闭的“目”字形。

6.根据权利要求2所述的一种提高非承载式客车被动安全性的方法，其特征在于，所述吸能盒的截面积A₁应满足如下条件：

σ_s1×A₁≤20×m×g

即：

式中，σ_s1为吸能盒所用材料的屈服强度，m为客车仿真总质量，g为重力加速度。

截面形状为封闭的“目”字形。

7.根据权利要求6所述的一种提高非承载式客车被动安全性的方法，其特征在于，步骤A，折叠缓冲区为“C”字形截面的钢板组成，截面积A₃应满足如下条件：

σ_s1×A₁≤σ_s2×A₃≤25×m×g

即：

式中，σ_s2为车架所用材料的屈服强度。

8.根据权利要求7所述的一种提高非承载式客车被动安全性的方法，其特征在于，步骤B，所述车架为两个“C”字形截面的钢板焊接成“口”字形，截面积A₂需满足如下条件：

σ_s2×A₂≥25×m×g

即：

9.根据权利要求1所述的一种提高非承载式客车被动安全性的方法，其特征在于：步骤C，在地板上设置两个固定点，在侧围上设置三个固定点。

10.根据权利要求9所述的一种提高非承载式客车被动安全性的方法，其特征在于：位于侧围的三个固定点中，前端设置一个，后端设置两个。

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