1、TUTE汽车与交通学院,第六章 汽车被动安全性试验,6.1 汽车被动安全性概述 6.2 碰撞试验假人 6.3 实车碰撞试验 6.4 碰撞试验测量系统 6.5 碰撞试验仿真技术 6.6 C-NCAP（中国新车评价规范）,TUTE汽车与交通学院,6.1 汽车被动安全性概述,1.汽车被动安全性定义汽车在事故中避免或减缓对人员造成伤害并尽可能减少经济损失的性能。 2.提高汽车碰撞安全性的目的在汽车发生碰撞时确保乘员生存空间、缓和冲击、防止发生火灾等。达到“车毁人不亡，车伤人不伤”目的。 3.汽车碰撞安全性试验分类实车碰撞试验滑车模拟碰撞试验台架试验,TUTE汽车与交通学院,TUTE汽车与交通学院,TU
2、TE汽车与交通学院,4. 汽车碰撞事故分类 正面碰撞 侧面碰撞 追尾碰撞 翻车 5. 汽车被动安全研究领域 生物力学 交通事故统计分析 交通事故再现分析 碰撞试验仿真技术(有限元计算),6.1 汽车被动安全性概述,TUTE汽车与交通学院,第六章 汽车被动安全性试验,6.1 汽车被动安全性概述 6.2 碰撞试验假人 6.3 实车碰撞试验 6.4 碰撞试验测量系统 6.5 碰撞试验仿真技术 6.6 C-NCAP（中国新车评价规范）,TUTE汽车与交通学院,6.2 碰撞试验假人,1. 碰撞试验假人介绍 假人是根据人体工程学原理，用特殊材料制成的实验仪器，可以代替人体用于碰撞实验，模拟真人受到的伤害情
3、况，并可重复使用。 尺寸、外形、质量、刚度和能量性能与人体非常相似，能够准确模拟人体在碰撞事故条件下受力、变形等生物力学参数。 大部分由金属与橡胶制作，其胸腔是钢制的，肩胛骨是铝制的，盆骨是塑料的。皮肤采用硅胶材料制成，摸上去不仅要有弹性，还要跟真人一样有一定的承受力。 内部装有大量传感器，在碰撞的一刹那，假人头、胸、膝盖等重点部位受伤的数据，会通过内置于模拟人体内的传感器被采集器采集。研究人员借助这些数据来模拟车祸中真人的受伤程度。 是集人体工程学、工程力学、材料力学、生物学为一体的精密测试仪器。一个假人由近400个部件、约60个传感器组成，造价高达4万美元左右，若加上传感器配套设备，需67
4、万美元。,TUTE汽车与交通学院,6.2 碰撞试验假人,按人体类型分类可分为：成年假人、儿童假人。成年假人按体型又可分为：大身材男性假人、中等身材男性假人、小身材女性假人。目前常见的成人假人大致有三类： 50百分位假人 代表身高177cm和体重86kg的中等身材； 95百分位假人 代表身高188cm和体重108kg的大型身材； 5百分位 代表身高148cm和体重56kg的矮小身材。 儿童假人分为：6月假人(身高67cm，体重10kg)、12月假人(身高76cm，体重13kg)、18月假人(身高83cm，体重16kg)、3岁假人(身高97cm，体重20kg)、6岁假人(身高130cm，体重30k
5、g)、10岁假人(身高138cm，体重36kg)。 按碰撞试验类型分：正面碰撞假人、侧面碰撞假人。,百分位：指根据一个地区的人体统计数据会有百分之多少的人小于假人。50百分位男性假人就是指50%的成年男人的身高、体重等都会“小于”这个假人的身高、体重和身体尺寸等。,TUTE汽车与交通学院,TUTE汽车与交通学院,TUTE汽车与交通学院,2.假人发展简史 上世纪60年代美国制造飞行器弹射座椅上人的代用品公司（ARL）开发了假人 VIP； 1971年由ARL公司和Sierra公司开发假人Hybrid ； 1972年美国汽车产业界同美国第一技术安全公司（FTSS）合作，在Hybrid 基础上开发制造
6、出Hybrid 型假人； 1976年，美国第一技术安全公司同SAE和用户集团共同开发了GM公司设计的Hybrid （混合 型假人）； Hybrid 与Hybrid 相比具有更高的生物仿真度和仪器测量能力，目前各前碰法规试验中，已指定用Hybrid 型假人。,6.2 碰撞试验假人,TUTE汽车与交通学院,Hybrid 和第50百分位男性假人的主要参数,6.2 碰撞试验假人,TUTE汽车与交通学院,第六章 汽车被动安全性试验,6.1 汽车被动安全性概述 6.2 碰撞试验假人 6.3 实车碰撞试验 6.4 碰撞试验测量系统 6.5 碰撞试验仿真技术 6.6 C-NCAP（中国新车评价规范）,TUTE
7、汽车与交通学院,6.3 实车碰撞试验,1. 实车碰撞试验概述实车碰撞试验从乘员保护的观点出发，以交通事故再现的方式，分析车辆碰撞过程中乘员与车辆的运动状态和损伤状况，并使用假人定量地评价碰撞安全性能。是综合评价汽车碰撞安全性能的最基本、最有效的方法。是最终检验汽车安全性能必不可少的试验；同时实车碰撞试验在汽车研发过程中为滑车模拟碰撞试验设定试验条件，为计算机碰撞仿真建模中验证计算模型、帮助确定关键参数等，也是必不可少的环节。虽然技术难度大、周期长、费用高，但仍然必需并不可替代。试验中需要测量车辆的变形、减速度及负荷。,TUTE汽车与交通学院,2. 实车碰撞试验的分类 固定壁碰撞的正面碰撞试验
8、移动壁与汽车侧面、追尾碰撞试验 车辆动态翻滚试验 车与车之间的碰撞试验 3. 试验设备实车碰撞试验室包括：碰撞区、牵引系统、浸车环境室、照明(摄影)系统、假人标定室、测量分析室和车辆翻转台等。,6.3 实车碰撞试验,TUTE汽车与交通学院,（1）固定壁障：主要用于汽车正面碰撞试验。,6.3 实车碰撞试验,TUTE汽车与交通学院,（2）移动壁障：主要用于侧面或追尾碰撞试验。,6.3 实车碰撞试验,TUTE汽车与交通学院,（3）车辆动态翻滚试验装置：模拟汽车翻车。 （4）车辆静态翻滚试验装置：用于测量车辆碰撞翻滚后的燃油泄漏试验。 （5）牵引系统：将试验车或移动壁障加速到碰撞试验的初速度。 （6）
9、照明摄影系统：实车碰撞试验过程中，为了分析汽车变形形态、假人的运动形态，必须同时采用多台高速摄影机从多个不同的角度拍摄试验过程。,6.3 实车碰撞试验,TUTE汽车与交通学院,TUTE汽车与交通学院,TUTE汽车与交通学院,TUTE汽车与交通学院,4. 实车正面碰撞试验 1）美国的正面碰撞试验法规 FMVSS208 2）欧州的正面碰撞试验 ECE R94.00 3）日本的正面碰撞试验法规 TRIAS 11-4-30 4）中国的实车碰撞试验 1989年参照FMVSS208制订了GB/T11551-89汽车乘员碰撞保护标准 1999年参照ECE R94.00制订了机动车设计法规CMVDR294-1
10、999关于正面碰撞乘员保护的设计规则 正面碰撞中使用的假人有： （1) Hybrid III 型第50 百分位男性假人 （2) Hybrid III 型第5 百分位女性假人,6.3 实车碰撞试验,TUTE汽车与交通学院,汽车的正面碰撞试验,正面柱碰撞试验是模拟在实际交通事故中车辆与大树或电线杆发生碰撞的情况，是世界各大汽车公司的正面安全气囊开发试验程序与要求中规定的试验项目，试验中采用直径为 254 mm刚性柱壁障，碰撞速度一般是 50 km/h 或 35 km/h。,6.3 实车碰撞试验,TUTE汽车与交通学院,几种典型的汽车正面碰撞试验形式,6.3 实车碰撞试验,TUTE汽车与交通学院,几
11、种典型的汽车正面碰撞试验形式,正碰01.ram 卡车撞立柱.flv,6.3 实车碰撞试验,TUTE汽车与交通学院,我国指导车辆正面碰撞的法规是1999年10月发布的关于正面碰撞乘员保护的设计规则(CMVDR294)。规定：对于M1类车辆必须通过正面碰撞时前排外侧座椅乘员保护的国家认证。 试验规定在试验过程中： 1）不允许车门开启； 2) 前门锁止系统不得发生锁止； 3）每排座椅至少有一个门能够打开； 4）若假人锁止系统发生锁止时，应在松脱装置上施加不超过60N的压力能将约束系统打开，并完好地取出假人； 5）燃油供给系统不允许泄露；若泄露，泄露速率不超过30g/min； 6）试验结果须满足：头部
12、性能指标1000、胸部性能指标75mm、大腿性能指标10kN,6.3 实车碰撞试验,TUTE汽车与交通学院,奥迪A6L 2.0T可变形壁障40%重叠率正面偏置碰撞试验,6.3 实车碰撞试验,TUTE汽车与交通学院,正面碰撞中的试验车以及侧向碰撞中的移动障壁可用电机牵引加速，也可用牵引车牵引加速。 为了确定碰撞试验中车内乘员所受伤害的严重程度，要在试验车内放置假人。 试验用假人的各肢体在形状、运动学和动力学性能方面都和真人相似，并能模拟人体的若干动作。 假人头部还附有软化材料模拟肌肉和皮肤。在头、胸、背和大腿部位装有传感器，测定减速度和负荷。,6.3 实车碰撞试验,TUTE汽车与交通学院,6.3
13、 实车碰撞试验,5. 实车侧面碰撞试验 1990年美国侧面碰撞法规，1995年欧州侧撞法规出台。 日本侧撞采用欧州法规。,侧向碰撞试验采用移动变形障壁。试验车A静止，移动障壁B向前运动，运动方向与试验车中轴线成63角，速度53km/h。图示为碰撞左侧的情况，碰撞右侧与此类似，移动障壁的碰撞材料为铝制蜂窝状材料。,在试验时，要布置足够的传感器和摄影机。,TUTE汽车与交通学院,5-摄影机从右侧摄试验车A和移动障壁 6-摄影机从左侧摄试验车A移动情况 7-试验车A发动机罩上方摄影机观察前面假人 8-试验车A侧面摄影机观察前面假人移位 9-试验车A侧面摄影机观察后面假人移位 10-24幅/s实时摄影
14、机,侧向碰撞试验摄影机布置,1-上方摄影机摄试验车A动态性能 2-上方摄影机摄碰撞平面 3-移动障壁B上的摄影机摄碰撞点 4-移动障壁B上的摄影机摄碰撞边,6.3 实车碰撞试验,TUTE汽车与交通学院,汽车的侧面碰撞试验 简介,汽车侧面是车体中强度较薄弱的部位，尤其是对于轿车而言，其侧面强度更为薄弱。一旦受到来自侧面的撞击，不可能有像前部及后部那样，有足够空间发生结构变形以吸收碰撞能量。 车内乘员同强烈贯穿的撞击物之间仅隔着车门和20-30cm的空间。 在斜坡上或在转弯时发生的侧面碰撞，还有可能引起被撞汽车翻倾，导致车门框变形使车门不能开启，影响乘员离开危险地带及对乘员的救援。 与正面、后部碰
15、撞相比，侧面碰撞对乘员可能造成的伤害更大。,6.3 实车碰撞试验,TUTE汽车与交通学院,我国侧面碰撞法规是关于侧面碰撞中乘员保护的规定(GB2002)。规定了M1类和N1类车辆受到侧碰时，对乘员保护的要求。 1）试验过程中车门不允许开启； 2）碰撞试验结束后，不借助工具便能打开足够数量的车门，使乘员能正常进出； 3）碰撞试验结束后，不借助工具便能将假人从约束系统中解脱出来，并移出车辆； 4）所有内部构件在脱落时均不得产生锋利的突出物； 5）若燃油供给系统发生连续泄露，泄露速率不得超过30g/min。,6.3 实车碰撞试验,TUTE汽车与交通学院,侧面碰撞乘员保护指标的限值,*粘性指标：指粘性
16、响应的峰值，是在半胸部任一肋骨上测得的瞬时压缩量与肋骨变形速率乘积的最大值。,6.3 实车碰撞试验,TUTE汽车与交通学院,实车侧面碰撞试验采用装有吸能装置的移动变形壁障以一定的速度撞击试验车辆的侧面，通过测量假人的伤害指标和汽车撞击后的状况来评价汽车的安全性。 碰撞试验所用假人为了保证性能而规定了严格的温度要求，所以在实车碰撞试验法规中要求碰撞前在规定环境中浸车4小时以上，确保试验的精度。,可变形吸能块,侧面碰撞试验方法,6.3 实车碰撞试验,TUTE汽车与交通学院,侧碰01.ram,6.3 实车碰撞试验,TUTE汽车与交通学院,汽车的侧面碰撞试验,6.3 实车碰撞试验,TUTE汽车与交通学
17、院,汽车的侧面碰撞试验,6.3 实车碰撞试验,TUTE汽车与交通学院,用于侧向碰撞试验的假人是专门设计的，与正面碰撞试验用的假人有很大区别。试验用“假人”系列包括5%妇女、95%妇女、50%男子以及3岁、6岁、10岁儿童。除了整车碰撞试验外，还有部件试验，如安全带、座椅和头枕、保险杠、车门、车顶、驾驶室后围等。转向柱上端向驾驶员方向的最大位移和冲击力，风窗玻璃安全性等也要严格测试。,6.3 实车碰撞试验,TUTE汽车与交通学院,第六章 汽车被动安全性试验,6.1 汽车被动安全性概述 6.2 碰撞试验假人 6.3 实车碰撞试验 6.4 碰撞试验测量系统 6.5 碰撞试验仿真技术 6.6 C-NC
18、AP（中国新车评价规范）,TUTE汽车与交通学院,测量系统由光学测量系统和电测量系统构成。 1. 光学测量系统 用于获取碰撞过程中直观的二维影象，分析碰撞过程中车体的变形及乘员的运动姿态。从总体上了解碰撞全过程。 利用高速摄影机拍摄碰撞瞬间的车体、假人的运动变形等详细过程。通过对序列影像的定性和定量分析，获得对人眼运动太快事件，分析运动物体特征参数。,6.4 碰撞试验测量系统,TUTE汽车与交通学院,2. 电测量系统用于精确测量碰撞过程中汽车各部位的加速度响应、对固定壁的碰撞力及乘员伤害评价用的各种响应信号(假人动力学响应参数)。1) 碰撞过程中车体加速度响应信号通过在车体局部刚度较大的部位安
19、装加速度传感器获得。2) 固定壁碰撞力通过安装在固定壁 上的测力单元获得。3) 假人动力学响应测量通过安装在假人身体各部位的传感器来获得，用于定量分析和评价乘员的伤害程度。,6.4 碰撞试验测量系统,TUTE汽车与交通学院,第六章 汽车被动安全性试验,6.1 汽车被动安全性概述 6.2 碰撞试验假人 6.3 实车碰撞试验 6.4 碰撞试验测量系统 6.5 碰撞试验仿真技术 6.6 C-NCAP（中国新车评价规范）,TUTE汽车与交通学院,6.5 碰撞试验仿真技术,国外20世纪60年代中期就开始了计算机碰撞仿真技术研究工作。至20世纪80年代出现很多碰撞仿真软件包，利用虚拟现实技术，通过有限元力
20、学计算，在计算机屏幕上模拟碰撞试验过程，在产品开发过程中，能够起到减少昂贵的实车碰撞试验次数，降低开发成本、缩短开发周期作用。汽车碰撞试验模拟模型： 1) 模拟汽车事故模型(交通事故再现) 2) 模拟碰撞中结构大变形的模型 3) 模拟人体整体动力学响应的模型 4) 模拟人体局部结构的生物力学模型,TUTE汽车与交通学院,6.5 碰撞试验仿真技术,TUTE汽车与交通学院,第六章 汽车被动安全性试验,6.1 汽车被动安全性概述 6.2 碰撞试验假人 6.3 实车碰撞试验 6.4 碰撞试验测量系统 6.5 碰撞试验仿真技术 6.6 C-NCAP（中国新车评价规范）,TUTE汽车与交通学院,C-NCA
21、P-China New Car Assessment Program,C-NCAP: 即中国新车评价规范，是将在市场上购买的新车型按照比我国现有强制性标准更严格和更全面的要求进行碰撞安全性能测试，评价结果按星级划分并公开发布。 中国汽车技术研究中心在深入研究和分析国外NCAP的基础上，结合我国的汽车标准法规、道路交通实际情况和车型特征，并进行广泛的国内外技术交流和实际试验确定了C-NCAP的试验和评分规则。,6.6 C-NCAP-中国新车评价规范,TUTE汽车与交通学院,C-NCAP主要进行三种碰撞试验 车辆速度50km/h（欧洲64km/h）与刚性固定壁障100%重叠率的正面碰撞； 车辆速度
22、56km/h（欧洲64km/h）对可变形壁障40%重叠率的正面偏置碰撞、 可变形移动壁障速度50km/h与车辆的侧面碰撞。 根据试验数据计算各项试验得分和总分，由总分多少确定星级。最高得分为51分，星级最低为1星级，最高为5+。,6.6 C-NCAP-中国新车评价规范,TUTE汽车与交通学院,6.6 C-NCAP-中国新车评价规范,C-NCAP,碰撞速度为50km/h51km/h(试验速度不得低于50km/h)。试验车辆到达壁障的路线在横向任一方向偏离理论轨迹均不得超过150mm。在前排驾驶员和乘员位置分别放置一个Hybrid III型第50百分位男性假人，用以测量前排人员受伤害情况。在第二排
23、座椅最右侧座位上放置一个Hybrid III型第5百分位女性假人，用以考核安全带性能。,正面100%重叠刚性 壁障碰撞试验,TUTE汽车与交通学院,6.6 C-NCAP-中国新车评价规范,碰撞速度为56km/h57km/h(试验速度不得低于56km/h)，偏置碰撞车辆与可变形壁障碰撞重叠宽度应在40%车宽20mm的范围内。 在前排驾驶员和乘员位置分别放置一个Hybrid III型第50百分位男性假人，用以测量前排人员受伤害情况。 在第二排座椅最左侧座位上放置一个Hybrid III型第5百分位女性假人，用以考核安全带性能。,正面40%重叠可变形 壁障碰撞试验,C-NCAP,TUTE汽车与交通学
24、院,6.6 C-NCAP-中国新车评价规范,移动台车前端加装可变形吸能壁障冲击试验车辆驾驶员侧。移动壁障行驶方向与试验车辆垂直，移动壁障中心线对准试验车辆R点，碰撞速度为50km/h51km/h(试验速度不得低于50km/h)。移动壁障的纵向中垂面与试验车辆上通过碰撞侧前排座椅R点的横断垂面之间的距离应在25mm内。在驾驶员位置放置一个EuroSID II型假人，用以测量驾驶员位置受伤害情况。,可变形移动壁障 侧面碰撞试验,C-NCAP,TUTE汽车与交通学院,C-NCAP的项目评分,试验评分项目(满分48分，每项16分) 正面100%碰撞(16分) 头- 5分 颈- 2分 胸- 5分 大腿-
25、2分 小腿-2分,正面40%偏置碰撞(16分)头- 4分胸- 4分大腿-4分小腿-4分,6.6 C-NCAP-中国新车评价规范,TUTE汽车与交通学院,试验评分项目(满分48分，每项16分)侧面碰撞(16分)头- 4分胸- 4分腹部-4分骨盆-4分,附加评分项目(满分3分)前排安全带提醒装置(2分)侧气囊和气帘(1分),C-NCAP的项目评分,6.6 C-NCAP-中国新车评价规范,TUTE汽车与交通学院,C-NCAP-星级划分,星级共划分6个等级：5+、5、4、3、2、1。各等级对应分数分别是（最高得分为51分 ）：50分 5+ 45且50分 5 40且45分 4 30且40分 3 15且30分 2 15分 1,6.6 C-NCAP-中国新车评价规范,TUTE汽车与交通学院,思考题,1. 汽车制动性的试验项目与评价指标有哪些？ 2. 汽车操纵稳定性的试验项目与评价指标有哪些？ 3. 汽车安全碰撞试验有哪些项目？ 4. 我国C-NCAP的碰撞测试内容及星级划分标准是什么？,6.6 C-NCAP-中国新车评价规范,TUTE汽车与交通学院,End this of chapter!,第六章 汽车被动安全性试验,
