随着经济社会的快速发展,社会流动人口巨幅增加,公路客车作为长途运输的重要公共交通工具,在人们长途出行中必不可少。中国幅员辽阔、流动人口众多,是客车生产、销售、保有量第一大国,而我国的客车交通事故死亡率却远超欧美发达国家,因此客车碰撞安全性研究具有重大意义。相比于乘用车,公路客车多为平头结构,在发生正面碰撞时驾驶员极易受到伤害,而目前针对大型公路客车正面碰撞国内外尚无强制性法规要求,相关研究较为滞后。本文基于校企合作项目,结合课题组授权专利一种简易三段套筒式充液缓冲吸能元件和伸缩式汽车保险杠,对公路客车的正面碰撞吸能结构展开研究。客车车身骨架是由不同截面尺寸及材料的薄壁杆件焊接而成的空间桁架结构,在发生碰撞事故时,主要通过杆件的压溃变形来吸收碰撞能量,本文加工了五种车身常用材料的矩形梁吸能元件和简易套筒式充液缓冲吸能元件,进行落锤冲击试验,从碰撞力及压溃距离等方面对比不同吸能元件的压溃刚度特性。与矩形梁吸能元件相比,充液缓冲吸能元件能够在吸能过程中实现恒压控制,获得较理想的碰撞加速度波形,代表一种均匀的能量吸收过程,避免了过高的集中加速度峰值,针对公路客车平头结构的特点,能够在有限的压溃空间内实现吸能最大化,且结构简单,可重复使用,能够有效降低碰撞维修成本。为了对客车正面碰撞吸能结构展开深入研究,本文采用试验与仿真相结合的方法,依据企业所提供的客车参数建立整车正面碰撞的CAE模型,进行有限元仿真分析,并将仿真结果与企业进行的正面碰撞试验结果相对比,验证模型的有效性。同时为了在客车前部吸能结构研究过程中提高计算效率,提取客车正面碰撞的主要变形结构,车身底架前端作为子结构,基于子结构模型对充液缓冲吸能元件进行不同碰撞速度工况下的参数设计及吸能特性匹配研究,并将最优结果带入整车模型进行验证,实现中、低速碰撞时,由吸能元件吸收绝大部分的碰撞能量,桁架结构基本不变形,降低碰撞加速度,有效提升客车中、低速碰撞安全性能并降低维修成本,最终依据元件碰撞力参数最优水平确定套筒及溢流阀的各项参数。针对充液缓冲吸能元件在高速碰撞工况下,即使充分压缩也不能够完全吸收碰撞能量,导致桁架前部结构变形,整车碰撞安全指标下降的问题,结合伸缩式汽车保险杠,本文提出一种伸缩式碰撞缓冲吸能系统,基于充液元件优化子结构进行不同水平高速碰撞工况下的吸能结构参数设计及吸能特性匹配研究。初步设计保险杠的总体尺寸及材料,选择波纹状吸能块及吸能盒两种形式结构作为保险杠纵梁吸能区并基于子结构进行碰撞仿真分析,对比确定纵梁吸能区为吸能盒结构。选取三种高速碰撞工况,基于充液元件优化子结构进行纵梁吸能盒厚度及长度参数设计,通过正交试验法和极差分析法得到吸能盒结构参数的最优水平组合,实现不同碰撞速度下的吸能特性匹配,并将吸能盒参数最优水平组合带入整车模型进行验证。伸缩式碰撞缓冲吸能系统在中、低速碰撞时为收缩状态,由充液缓冲吸能元件及保险杠纵梁前固定段吸收绝大部分的碰撞能量,车身桁架结构基本不变形;在高速碰撞时,保险杠伸出,通过增长客车前部的碰撞压溃距离增加吸能系统的吸能量,减小高速碰撞对车内驾驶员及乘员的冲击。本文通过对伸缩式碰撞缓冲吸能系统的设计研究,有效降低了整车正面碰撞的前部桁架结构变形,提升了防撞结构的吸能量,降低了驾驶员伤害,使整车正面碰撞安全性能得到有效提升。