1、,1.熟悉汽车碰撞形式、碰撞试验及汽车安全性设计法规 2.掌握车身抗撞性设计要求及设计方法 3.了解汽车安全新技术,汽车安全性分为主动安全性和被动安全性汽车主动安全性指汽车所具有的减少交通事故发生概率的能力，其研究内容包括汽车操纵稳定性、制动性、灯光系统和驾驶员视野性能等；汽车被动安全性指汽车所具有的在交通事故中保护乘员免受伤害的能力，其研究内容包括车身抗撞性、乘员约束系统性能以及转向系统防伤性能等，如安全车身结构、安全气囊、安全带、儿童约束系统等。车身抗撞性是指车身结构在碰撞过程中保证乘员免受伤害和碰撞之后安全逃逸的能力。这正是对车身抗撞性的设计要求。,6.1 汽车碰撞安全性,安全、节能、环
2、保是汽车发展的三大主题。 （一）汽车碰撞的形式汽车碰撞分为正面碰撞、侧面碰撞、后面碰撞、滚翻和撞行人的情况等。,6.2 汽车碰撞形式及乘员伤害,汽车碰撞形式,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,汽车碰撞类型,各种碰撞事故死亡人数,车与人碰撞事故的比例,6%,（二）汽车碰撞时的乘员伤害 1.乘员伤害的原因1）生存空间丧失 2）二次碰撞：在乘员生存空间未丧失的情况下，乘员与汽车内部结构（包括安全 带和安全气囊）的碰撞或被抛出车外，被称为二次碰撞。 3）碰撞后不能快速逃逸与被救援 4）碰撞火灾 2.乘员伤害机理 1）头部伤害 2）颈部伤害 3）胸部伤害 4）腹部伤害
3、5）骨盆伤害 6）下肢伤害 3.乘降和侧撞车门侵入速度对乘员伤害的影响 乘降：指碰撞过程中乘员的一部分初始动能在汽车减速过程中被消耗。利用乘降可以减小约束系统对乘员胸部的作用力，这对减轻乘员胸部、头部和颈部伤害都有利。,（一）被动安全法规汽车产品认证制度，是国家对汽车产品管理的一种方式，产品只有通过认证才能在市场上销售。 被动性安全法规的两大派别美国联邦机动车安全标准（FMVSS）欧洲经济委员会（ECE）标准 其他国家的法规多参照这两个标准。 我国也陆续出台了许多强制性的汽车安全法规。美国汽车安全法规将汽车的安全问题分为三大部分：1）主动安全法规；2）被动安全法规；3）发生撞车后防止火灾事故的
4、法规。,6.3 汽车被动安全法规与新车评价规程,美国FMVSS 208,现行正面碰撞试验法规：美国：FMVSS 208欧洲： ECE R94/01,欧洲ECE R94/01,GB 11551-2003,我国参照欧洲的ECE R94法规制定了国家强制标准GB 11551-2003 乘用车正面碰撞的乘员保护,现行侧面碰撞试验法规：国际标准化组织ISO草案美国FMVSS 214欧洲： ECE R95,各国行人保护法规,行人碰撞法规及E-NCAP标准 ：欧盟行人保护法规日本行人保护法规E-NCAP行人保护试验,各部件碰撞器,（二）新车评价规程(NCAP)新车评价规程主要目的是准确和全面地为消费者提供汽
5、车安全性能的信息，以帮助他们做出购车决定。其最终目的是通过市场激励机制而不是通过强制性法规，促使汽车生产商自主开发出能在碰撞中更好保护成员的汽车。NCAP标准在不同的国家存在差异，但是各自的检测条件高于当地的强制性检测法规，收到各大汽车企业的重视，被作为汽车开发的重要评估依据。,新车评价规程与强制性安全法规相比，有以下特点：1）执行机构的中立性质。有行业性组织定期对企业或市场出现的新车进行碰撞试验。因其更严格的要求和权威、公正、公开的测评程序而得到消费者广泛认可，并由此得到各汽车厂家的重视，将其视为汽车开发的重要评价依据。2）试验内容更严格和全面。它规定的实车碰撞速度往往比安全法规中规定的高。
6、3）对试验结果的评定更加细化，并向社会公开评定结果。它把试验结果由简单的“合格”和“不合格”变成量化后的具体分数，并根据分数给出某种碰撞形式中成员保护的星级评价或针对多种碰撞形式的总体星级评价。,美国新车评价规程所进行的试验包括与刚性固定壁障的正面碰撞试验、移动可变形壁障与静止试验车的侧面碰撞试验和汽车抗滚翻试验。2006年，中国汽车技术研究中心推出了我国的新车评价规程，基本试验项目包括车速为50-51km/h的刚性固定壁障的正面碰撞试验、车速为56-57km/h的正面40%偏置可变形可变形固定壁障碰撞试验和车速为50-51km/h的侧面可变形移动壁障碰撞试验。,6.1 汽车安全性要求,新车评
7、价规范NCAP ：NCAP标准在不同的国家存在差异，但是各自的检测条件高于当地的强制性检测法规，收到各大汽车企业的重视，被作为汽车开发的重要评估依据。,正面100%碰撞：16,成人乘员,总分：51,侧面：16,额外加分：3,50kph可变移动壁障,安全带提醒：2,15153030404045455050分,侧面气囊或气帘：1,56kph正面偏置壁障:16,超五星,C-NCAP评分,【案例】标致206、207新老两代车型Euro NCAP测试对比,标致206车型40%正面重叠碰撞实验,标致207车型40%正面重叠碰撞实验,标致206由于欠缺不少必要的被动保护设备因此没有获得加分，最终总分为25分
8、勉强获得四星评价。而标致207则因配置了前后排安全带提示器（加3分），并且参加了柱状碰撞测试（加2分），因此获得了5分的额外加分。标致207获得了35分的总分，超过了Euro NCAP 33分的五星标准，获得五星评价。,（一）与抗撞性相关的车身结构特点 车身的基本结构是指主要用以传递载荷的车身结构。 目前，轿车车身通常是承载式车身。对一般钢结构车身，其构件一般是薄壁梁形的结构，由薄板件经点焊联接后形成 。 一般来说，白车身结构的设计决定了载荷路径，其车身结构由构件、板壳零件及其接头组成，是承受载荷和传递载荷的基本系统。,6.4 车身抗撞性安全设计,（二）车身抗撞性设计要求 1.正面碰撞1）确保
9、乘员生存空间，减小乘员舱变形和对乘员舱的侵入2）减小车身减速度3）碰撞过程中车门不能自动打开 2.侧面碰撞1）减小侧围结构对乘员舱的侵入量2）减小侧围结构对乘员舱的侵入速度3）碰撞过程中车门不能自动打开,6.4 车身抗撞性安全设计,3. 后面碰撞1）减小乘员舱变形2）减小碰撞中车身的减速度，减轻乘员颈部的鞭梢性伤害3）在碰撞中维持燃油箱的存放空间，减小对燃油箱、油路的挤压 4. 滚翻1）提高车顶的支撑刚度，减小乘员舱的变形量2）滚翻过程中车门不能打开，碰撞后可以不使用工具打开车门 5. 低速碰撞避免汽车重要部件的损坏，要求设置低速碰撞吸能区。 6. 行人保护通常将前保险杠、前散热器罩、发动机舱
10、盖前端和上表面以及风窗玻璃等的刚度设计得软一些。,安全舱结构,【案例】,a) 碰撞前 b) 碰撞后,（三）车身抗撞性设计 1.概述 （1）与抗撞性相关的车身结构特点 研究表明，车身结构的抗撞性主要是由薄壁梁结构和接头组成的框架结构决定，它们在碰撞过程中吸收大部分的碰撞动能，为乘员舱提供大部分的刚性。 （2）车身抗撞性设计的内容 其核心内容就是合理组织车身结构各部分的刚度。主要内容分三个方面：,1）车身结构刚度组织（仅从被动安全角度分析）车身结构刚度组织是从各种碰撞形式中乘员保护的角度出发，考虑到车身结构的特点，合理布置车身的主要承载结构，并合理配置它们的刚度。根据车身抗撞性设计的基本原则，车身
11、结构刚度组织主要包括两方面内容：a）合理组织结构的吸能，将吸能要求合理分解为对相应吸能部件的要求。b）合理组织碰撞载荷的传递，即合理设计碰撞载荷的传递路径。, 正面碰撞中载荷的传递 侧面碰撞中载荷的传递 后面碰撞中载荷的传递,（2）车身结构刚性设计设计目的是减小乘员舱在各种碰撞形式中的变形，保证乘员的生存空间。 （3）车身结构吸能设计 2. 基本原理（1）撞击缓冲（2）安全框架,6.1 汽车安全性要求,车身结构耐撞性能指标车身结构耐撞性与其在碰撞中向乘坐舱的侵入密切相关，能明确预测乘员受到伤害的危险程度。,30倾角倾斜壁障碰撞中车身碰撞结构刚度性能评价标准,侵入量/cm,6.1 汽车安全性要求
12、,约束系统性能/假人的运动情况：考察假人的运动状况与约束系统的综合效用，通过碰撞高速录相中假人运动情况的分析并结合转向柱的后移量以及座椅安全带的拖出的长度综合作出安全性评价。,车身抗撞性设计,车身抗撞性设计要点,正面碰撞：按US-NCAP标准，56km/h与刚性墙正面碰撞偏置碰撞：按Euro-NCAP标准，64km/h与可变形障碍40偏置碰撞,斜角碰撞：按US-SINCAP标准，用1370kg的台车，61.6km/h与车辆纵轴成 方向撞击试验车辆侧面碰撞：按Euro-NCAP标准，移动台车前端加装可变形吸能壁障，以50km/h与试验车辆垂直相撞,6.2 车身耐撞性设计,6.1 汽车安全性要求,
13、案例,侧面斜撞：按US-NCAP标准，移动台车前端加装可变形吸能壁障以大于60km/h的速度冲击试验车辆驾驶员侧。侧柱碰撞：以32km/h的速度撞立于乘员头部重心的侧面、直径为254mm的刚性柱,追尾碰撞：1814kg重的活动刚性墙，以56km/h的速度撞击松开制动的汽车尾部。顶盖碰撞：按照美国联邦标准FMVSS 216，用倾斜的刚性加载装置，以极低的速度准静态地施力于A柱/顶盖侧面结构,6.2 车身耐撞性设计,6.1 汽车安全性要求,车辆翻滚：根据美国联邦标准(FMVSS 208)的要求，测试车辆被架设于23角倾斜的翻滚台车上，将台车加速到48km/h时后迅速停止，测试车因惯性而向外抛出并着
14、地翻滚。,低速碰撞：以15km/h的车速对刚性墙实施正碰撞，检查保险杠的损伤情况和可修复性行人碰撞小腿/大腿与保险杠大腿与发动机盖前端儿童头部与发动机罩撞击成人头部与发动机罩和风挡撞击,行人碰撞测试,6.2 车身耐撞性设计,6.1 汽车安全性要求,车身结构安全性设计理念柔性结构用于吸能高强度的座舱结构,6.2 车身耐撞性设计,A乘员安全区 B缓冲吸能区,纵向碰撞理想特性和安全设计乘员安全区和缓冲吸能区,车身前部结构的设计,车身结构的碰撞安全区和缓冲吸能区,6.2 车身耐撞性设计,6.1 汽车安全性要求,车身结构与耐撞性设计分析合理组织车身结构各个部分的刚度,6.2 车身耐撞性设计,碰撞时的力流
15、方向和变形位置,车辆前碰撞的理想特性曲线,在碰撞中使动力总成向下移动,纵梁的变形,6.2 车身耐撞性设计,侧向碰撞的安全设计因无结构变形吸能空间，故侧面结构有足够的刚度,6.2 车身耐撞性设计,侧面碰撞安全性影响因素,提高汽车侧面刚度的措施,抗碰撞的车身结构,轿车以50km/h车速侧碰撞的变形,6.2 车身耐撞性设计,基于传统安全理念的典型轿车的耐碰撞试验设计满足碰撞安全法规,考虑乘客最优化的碰撞保护的安全性设计基本要求,有安全带等保护装置,高强度的乘坐舱,车身前后部有大的碰撞变形区域,地板及车门具有碰撞承载结构,车身前部有高强度的横向连接件 .,车门有极坚固的防撞梁,乘座舱内构件表面光滑及柔
16、软,顶盖有加强结构,纵向结构从前至后变形阻力逐大,碰撞后起火燃烧的可能性最小,承受速度为50km/h的碰撞，乘员无伤害,雨刮器应几乎完全被发动机罩遮盖,白车身外的零件修理价格合宜,车身刚度合理分级,基于现代安全性理念的典型轿车的耐碰撞设计集设计经验、汽车碰撞、计算机模拟及试验和生理力学等方面分析，使乘客有最优的保护并顾及车外交通参与者的安全,考虑乘客最优化的碰撞保护的安全性设计进一步要求,考虑到碰撞相容性的相对较软的车身前部刚度,考虑人体生理特性的受力优化的安全带,考虑轻量化的碰撞承载结构优化设计,为提高强度及刚度而采用先进成型方法的前柱,增添顶盖内保护头部的安全气囊,考虑侧撞安全性的侧面气囊
17、或气帘,考虑正面碰撞而改进前围板与转向柱的连接,承受速度为64km/h的碰撞，乘员无伤害,燃油系统采用密封性和阻燃性良好的材料,6.2 车身耐撞性设计,6.2 车身耐撞性设计,基于行人保护的抗碰撞设计 设计有利于行人保护的车身造型， 在碰撞区域内留足够的变形、吸能空间,前保险杠下端向前凸出减小 小腿碰撞时的剪切位移,碰撞区域，预留变形空间,基于行人保护的发动机罩铰链的设计,基于行人保护的各种发动机罩内板加强筋,基于行人保护保险杠,6.2 车身耐撞性设计,6.2 车身耐撞性设计,乘员约束与保护系统人为地控制与约束乘员在碰撞过程中的运动响应，用各种保护装置尽可能地降低伤害,可溃式转向管柱,可溃式踏
18、板,安全座椅,正面安全气囊,侧面安全气囊,行人保护系统,6.2 车身耐撞性设计,行人安全气囊,主动式发动机罩,行人探测仪,带有缓冲减震器的保险杠,（一）抗撞性试验分类 车身抗撞性试验是指对车身抗撞性进行分析、设计和评价所进行的试验。 1.实车撞车试验，包括汽车与固定壁的正面碰撞试验、汽车与汽车的正面碰撞试验侧面碰撞试验和追尾试验、汽车与可动壁成一定角度的碰撞试验以及翻车试验。 2. 模拟撞车试验，包括平台车冲挺试验、台架冲箔试验和静态模拟试验。 按照试验用途分：开发性试验、检验或认证性试验 按照试验对象分：整车试验、部件试验 按照试验方法分：实车试验、台车试验和台架试验 （二）整车碰撞试验 1
19、.正面碰撞试验 按照碰撞对象不同可分为与壁障的碰撞和与实车的碰撞 按照碰撞角度不同可分为汽车与垂直于汽车行驶方向壁障的碰撞和汽车与壁障的角度碰撞。 按照壁障刚度的不同可分为与刚性壁障的碰撞和与可变性壁障的碰撞。,6.5 车身抗撞性试验与模拟分析,2.侧面碰撞试验侧面碰撞试验用于模仿汽车间或汽车与障碍物的侧面碰撞。按碰撞对象不同，侧面碰撞试验可分为实车间的侧面碰撞试验和试验车与壁障的碰撞试验。 3.后面碰撞试验 4.滚翻试验 5.低速碰撞试验 6.行人保护试验 （三）零部件试验 1.车顶强度试验 2.侧门强度试验,（四）整车碰撞模拟模型的建立 1、车身模型的建立 2、其他部分模型的建立 3、模型
20、验证 （五）碰撞模拟结果的分析 进行整车或部件碰撞模拟的目的是评价其抗撞性。通常对碰撞模拟计算结果进行分析包括能量分析、力分析、变形分析、刚度特性分析、减速度分析、速度分析和碰撞时序分析等。每项分析的目的不同，方法也不同。,车身结构安全性设计方法,实车碰撞试验,优点：了解碰撞过程，掌握相关参数改进汽车安全设计,缺点：只能在样车试制后进行费用昂贵周期长,6.3 车身结构安全性设计方法,计算机模拟碰撞分析,6.2 车身耐撞性设计,优点：可在设计阶段进行费用相对较低，周期短,缺点：与真实情况比较存在误差软件开发过程中本身存在缺陷,车门内板结构设计方案优化,虚拟侧面碰撞试验,6.3 车身结构安全性设计方法,6.6 汽车安全性新技术,（一）主动安全性新技术：1.主动安全系统 2危险预警系统3.碰撞规避系统 （二）被动安全性新技术 1.被动安全系统2. 被动安全警告系统3.减轻碰撞系统 （三）未来汽车的主动安全性 （四）未来汽车的被动安全性,复习与练习题一、名次解释 1. 二次碰撞 2. 升力 3. 空气的黏滞现象 二、简答题 1. 什么是汽车主动安全性和被动安全性？各有什么特点？ 2. 汽车的碰撞形式有哪些？轿车正面碰撞的车身抗撞性要求是什么？ 3. 轿车车身侧面的刚度特性设计要求有哪些？ 4. 车身结构吸能设计应满足哪些要求？ 三、思考题 轿车安全性的决定性因素有哪些？,
