1、汽 车 安 全 约 束 系 统 开 发 与 集 成-正面碰撞正面碰撞陈国强2015年 9月目录 Content 正面碰撞安全约束系统开发： 正面碰撞安全约束系统简介 正面碰撞安全约束系统开发 正面碰撞安全约束系统试验正面碰撞安全约束系统试验 正面碰撞安全约束系统仿真及优化正面碰撞安全约束系统开发 正面碰撞安全约束系统简介 安全系统设计的目的： 减少或避免碰撞事故中的伤害风险正面碰撞安全约束系统开发 正面碰撞安全约束系统简介 约束系统概念 设计用于将乘员约束在座位上并帮助降低碰撞事故中的伤害风险的安全装备； 二次碰撞过程二次碰撞过程 第一次碰撞：碰撞事故中汽车撞上障碍物 第二次碰撞：车内乘员撞上
2、内饰或作用于约束系统正面碰撞安全约束系统开发 正面碰撞安全约束系统简介 第一辆汽油汽车 1885年，德国奔驰发明 8年后美国人福特制造了世界上第一辆汽车 伴随着汽车的产生和投入运行接踵而至的是交通事故的出现：Benz汽油三轮车伴随着汽车的产生和投入运行接踵而至的是交通事故的出现： 1899年在美国发生世界上第一起汽车交通事故 美国纽约报告了世界第一起因交通事故死亡的事件：- 1900年 全世界交通事故死亡人数- 总死亡人数超过 3000万- 当前每年都超过 100万福特 T型车正面碰撞安全约束系统开发 正面碰撞安全约束系统简介 汽车安全发展的三个时期： 1935年以前，认识、起步、发展初期-
3、汽车会发生碰撞，如果碰撞载荷很大、车辆变形，可能发生乘员伤亡- 主要研究： 减少爆胎，导致汽车失控 减少爆胎，导致汽车失控 降低发动机振动导致的伤害 安装前大灯，提供夜间照明，防止夜间事故 安装多层前风挡玻璃，减少脸部受伤 采用全钢制车身，保护乘员 1930s ，第一次整车碰撞试验正面碰撞安全约束系统开发 正面碰撞安全约束系统简介 汽车安全发展的三个时期： 1936 1965年，汽车安全发展中期- 主要发展： 汽车事故预防装置- 转向信号灯、风挡雨刮器、改进的前大灯转向信号灯、风挡雨刮器、改进的前大灯- 改进的前风挡、头部碰撞 IP试验 1934年， GM 进行了第一次整车正面碰撞刚性墙试验（
4、现代碰撞试验的雏形）- 无电信号测量装置- 无假人- 通过观察汽车变形去评估车体结构性能 最 重 大 乘 员 被 动 安 全 发 展 ：- 1956年 ， 将 安 全 带 作 为 安 全 考 虑 的 可 选 配 置正面碰撞安全约束系统开发 正面碰撞安全约束系统简介 汽车安全发展的三个时期： 1966 年之后，汽车安全发展后期 安全法规- 主要事件：1. 美国国家高速公路安全管理局成立 National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA)2. 美国联邦汽车安全法规实施 (FMVSS)美国联邦汽车安全法规实施- 汽车安全关注点：1. 汽车碰撞
5、主动预防技术- ABS、 ESC、 LDW、 EBD、 ACC等等2. 汽车结构耐撞技术- 刚性乘员舱技术- 吸能结构设计3. 乘员安全保护装置（约束系统）- 三点式安全带- 正面 /侧面安全气囊- 压溃式管柱等- 座椅头枕正面碰撞安全约束系统开发 正面碰撞安全约束系统简介事 故 调 查 ：发生 原因？解决方案？事 故 分 析 :-乘员受到什么伤害？-乘员伤害部位？-乘员伤害程度？-乘员伤害的原因？乘员伤害的原因？-怎么控制 /评价伤害？事 故试 验 检 测 方 法 和 工 具生 物 力 学 损 伤 研 究标 准 /法 规 或 评 价 体 系消 费 者 星级评价正面碰撞安全约束系统开发 约束系
6、统安全保护原理 碰撞减速度 车体减速度 (avehicle) 乘员减速度 (aoccupant)56kph FRB Crash Test 正面碰撞安全约束系统开发 约束系统安全保护原理 乘员减速度响应 在受约束的情况下，人体在减速度场内的运动反应 (志愿者试验和仿真 )正面减速度下的人体响应与模型响应比较正面碰撞安全约束系统开发 约束系统安全保护原理：正面乘员伤害 在发生碰撞事故后，乘员受到碰撞载荷作用后的损伤 主要由二次碰撞引起 乘员与车体内乘员空间的相互作用 伤害部位主要有：伤害部位主要有： 头部 颈部 胸部 下肢正面碰撞安全约束系统开发 约束系统安全保护原理：正面乘员伤害 在发生碰撞事故
7、后，乘员受到碰撞载荷作用后的损伤 伤害部位：头部 主要是在冲击力作用下导致损伤冲击力作用下尸体的脑部 X光片参考文献 :正面碰撞安全约束系统开发 约束系统安全保护原理：正面乘员伤害 在发生碰撞事故后，乘员受到碰撞载荷作用后的损伤 伤害部位：颈部 在胸部被安全系统约束情况下头部仍然前向运动所致，上颈椎伤害一般会威胁生命，下颈椎伤害会导致瘫痪参考文献 :正面碰撞安全约束系统开发 约束系统安全保护原理：正面乘员伤害 在发生碰撞事故后，乘员受到碰撞载荷作用后的损伤 伤害部位：胸部： 胸部器官的重要性决定了胸部伤害对生命的威胁很大，一般由冲击载荷作用下导致肋骨 /胸骨断裂、刺进胸腔伤及心脏或动脉产生产生
8、参考文献 :正面碰撞安全约束系统开发 约束系统安全保护原理：正面乘员伤害 在发生碰撞事故后，乘员受到碰撞载荷作用后的损伤 伤害部位：胸部 肋骨断裂导致肺部受伤 www.thorax-project.eu正面碰撞安全约束系统开发 约束系统安全保护原理：正面乘员伤害 在发生碰撞事故后，乘员受到碰撞载荷作用后的损伤 伤害部位：胸部： 胸部冲击力学响应- 基于尸体试验数据- 用于 Hybrid III假人开发用于 假人开发参考文献 :4.9m/s7.2m/s尸体试验 混 III假人胸部摆锤试验正面碰撞安全约束系统开发 约束系统安全保护原理：正面乘员伤害 在发生碰撞事故后，乘员受到碰撞载荷作用后的损伤
9、伤害部位：胸部： 引领新的假人技术开发DsDDcHybrid III from 1970s THOR from 1990s EU THORAX Project正面碰撞安全约束系统开发 约束系统安全保护原理：正面乘员伤害 在发生碰撞事故后，乘员受到碰撞载荷作用后的损伤 伤害部位：腿部： 多发生于偏置对碰中车体侵入较大，导致大腿、胫骨、膝关节、脚踝受伤参考文献 :正面碰撞安全约束系统开发 约束系统安全保护原理：正面乘员伤害生 物 力 学 响 应目 的 ： 法规制定 测量方法和设备的设计 (假人 ) 量化伤害与物理量之间的关系 物理量与伤害机理的直接关联性正面碰撞安全约束系统开发 约束系统安全保护原
10、理：正面乘员伤害 挑战 /困难1. 由于年龄、性别以及体重等差异很大 , 人体组织的力学行为宽泛2. 伤害的级别较多 共识 /结果1. 中等身材2.生 物 力 学 响 应无生命威胁的伤害极限3. AIS (Abbreviated Injury Scale) 由急诊室医生和其他各科室的外科专家定义 用于量化人体各部位伤害的程度 伤害的程度是相对死亡危险，不是相对致残的风险正面碰撞安全约束系统开发 约束系统安全保护原理：正面乘员伤害头部伤害限值： 基于尸体头骨破裂试验数据、动物头部冲击数据以及志愿者的台车试验数据生 物 力 学 响 应部冲击数据以及志愿者的台车试验数据Head Injury Cri
11、terion (HIC)HIC36 (T2-T1 = 36ms)HIC15 (T2-T1 = 15ms)参考文献：正面碰撞安全约束系统开发 约束系统安全保护原理：正面乘员伤害 颈部伤害限值 复杂的结构和多种的载荷形式导致了的颈部伤害标准定义的复杂性，一直以来也没有获得生 物 力 学 响 应复杂性，一直以来也没有获得广泛共识 正面碰撞颈部伤害情况较少，除非冲击减速度很高 (车体碰撞g大 ) 但是，在低速的追尾碰撞却会导致长期的颈部不适，由于较长周期的载荷作用于颈部 早期法规定义困难 伸张伤害限值： 57Nm正面碰撞安全约束系统开发 约束系统安全保护原理：正面乘员伤害 胸部伤害限值 胸部压缩量与
12、AIS AIS为 4表明肋骨断裂的数量将生 物 力 学 响 应足以导致胸腔坍塌，伤及内脏，从而造成严重伤害*Estimated by Neathery et al法规要求正面碰撞安全约束系统开发 约束系统安全保护原理：正面乘员伤害 胸部伤害限值 Viscous Criterion (V*C) 胸部速度和压缩量的乘积生 物 力 学 响 应 非常适合于评价软组织损伤- 肝脏 /肺等器官伤害对挤压变形量和挤压变形率的敏感性 V*C为 1.3时 AIS达到 4的概率为50%正面碰撞安全约束系统开发 约束系统安全保护原理：正面乘员伤害 下肢伤害限值 大腿 伤害限值计算1. Viano生 物 力 学 响
13、应 2. Lowne参考文献：正面碰撞安全约束系统开发 约束系统安全保护原理：正面乘员伤害测量设备 :伤 害 限 值 的 研 究正面碰撞使用的 Hybrid III 50%tile假人评 价 方 法 ：试验 (法规 )评判标准 (法规 )正面碰撞安全约束系统开发 法规要求 legal requirement 中国 GB11551-2003乘用车正面碰撞的乘员保护 试验： FFB 速度： 48-50kph 要求：要求： 前排司机和乘员- 头部 HIC361000- 胸部压缩量 75mm- 大腿力 10kN100%正面刚性碰撞Full Front Rigid BarrierHybrid III 5
14、0% Dummy正面碰撞安全约束系统开发 法规要求 legal requirement 欧洲 ECE R94 试验： 40% Offset Deformable Barrier Test 速度： 56kph 要求： 前排司机和乘员前排司机和乘员- 头部 HIC361000- 颈部弯矩 57Nm- 胸部压缩量 50mm- 胸部 V*C 1.0m/s- 大腿滑移量 15mm- 小腿轴向压缩力 8kN- 小腿伤害指标 TI 1.3- 累计损伤要求-颈部受力-大腿力40%正面可变形碰撞40% Offset Deformable BarrierHybrid III 50% Dummy20% risk of injury AIS3Significant risk of injury50% risk of injury AIS320% risk of injury AIS4Cruciate ligament failure limit10% risk of fracture正面碰撞安全约束系统开发 法规要求 legal requirement 欧洲 ECE R94 要求： 前排司机和乘员- 颈部累积损伤 Hybrid III 50% Dummy颈部累积损伤颈部轴向拉力 颈部剪切力Significant risk of injury Significant risk of injury
