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第七章 汽车安全性能的要求 与检测试验技术 授课：廖抒华,7-1 机动车安全的一般要求,国标：机动车运行安全技术条件（GB7258-2004） 营运车辆综合性能要求的检验方法（GB18565-2001）,概述：汽车安全性内容：汽车产品性能安全性、汽车使用安全性,汽车安全技术法规的作用：约束汽车的技术能力,一、主要依据,检验方法：制动性能试验（新车/在用车）、汽车操纵稳定性试验（低速行驶转向轻便性试验、稳态转向特性试验、瞬态横摆响应试验、汽车回正能力试验、方向盘角输入脉冲试验）,汽车产品安全性：包括汽车结构安全性、汽车性能安全性、汽车产品可靠性和耐久性,汽车使用安全性：指在汽车使用过程中保持汽车已有的安全能力和行车过程中的安全,两方面： 汽车安全运行的基本要求 检验其安全基本要求的试验规范,汽车安全运行的指标体系 指导检验过程,7-2 汽车被动安全性能试验方法 及典型试验设备,一、概述,台架试验：包括台架冲击试验和静态强度试验。 模拟碰撞试验（滑车冲击试验）：指模拟实车碰撞试验，主要是模拟实车碰撞的减速度波形，以进行乘员保护装置的性能评价和零部件的耐惯性力试验。 实车碰撞试验：综合评价车辆安全性能的最基本方法，试验结果说服力最强，但试验费用非常昂贵。,汽车被动安全性能试验方法可分为三类：,二、零部件台架试验方法及试验设备,主要介绍车顶及侧门强度、安全带固定点、门锁及门铰链、安全带、座椅及头枕、燃油箱、安全方向柱、内部凸出物的零部件的台架试验方法，并简要介绍已得到广泛采用的试验设备。,二、零部件台架试验方法及试验设备(续),试验方法：以12.7mm/s速度加载，直至载荷达到空车质量1.5倍或22246N力中的较大者为止，此时加载平板的位移不应超过127mm，试验应在120s内完成。,1、车顶及侧门强度试验,目的一：车顶强度试验是评价汽车发生滚翻事故时，为了确保乘员的生存空间，车顶应具备的最低强度。,FMVSS 216条款规定了车顶强度的试验方法及性能要求,图6-1 车顶强度试验装置的安装及使用,二、零部件台架试验方法及试验设备(续),试验方法：可以用13mm/s速度连续加载，直至加载装置移动460 mm，试验应在120s内完成。也可以用不大于24.5 mm/s速度或890N的增值逐级加载，记录载荷变形曲线。,1、车顶及侧门强度试验,目的二：侧门强度试验是评价汽车在侧面撞车时，为了使侧门进入车室产生的危险减到最低，侧面应具备的最低强度。,FMVSS 214、ADR29条款都规定了侧门强度的试验方法及性能要求,图6-2 侧门强度试验装置的安装和使用,二、零部件台架试验方法及试验设备(续),1、车顶及侧门强度试验(续）,耐压力评价:( FMVSS 214) 车内无座椅时： 初始耐挤压力:9898N(152mm); 中间耐挤压力:15572N(305mm); 最大耐挤压力:31144N或车辆整备质量2倍的力中的较大者(457mm) 车内有座椅时：承受耐挤压力的数值还要大些。,车顶及侧门强度试验台： 车顶强度加载缸最大载荷及位移分别为50kN和500mm； 侧门强度加载缸最大载荷及位移分别为50kN和600mm。,图6-3车顶及侧门强度试验装置,二、零部件台架试验方法及试验设备(续),试验方法: 对腰带及肩带部分分别用不同的加载块同时加载，腰带及肩带部分加载方向为水平向前方向105 对第类安全带， GB14167规定腰带及肩带部分的载荷均为13500N，加载要求在60s内完成达最大载荷时要维持0.2s。试验中固定点不许脱落，但可以产生永久变形,2、安全带固定点强度试验,FMVSS 219、ECE R14、GB14167标准或条款都对安全带固定点的位置及强度提出要求,目的: 用于评价汽车撞车事故中安全带固定点应具备的最低强度; 安全带固定点的位置也应符合有关规定, 以保证安全带能最有效地保护乘员,图6-4 第类安全带固定点强度试验加载方法,二、零部件台架试验方法及试验设备(续),安全带固定点强度试验台,安全带固定点试验要求： 保证车身固定点位置于安全带固定点位置的距离前部不大于500mm，后部不大于300mm，且加载过程中车身和车体不得发生移动。,图6-5 安全带固定点强度试验装置,试验装置：一般采用液压缸加载，上面5个液压缸用于安全带固定点试验，下面2个液压缸用于同时进行座椅固定点强度试验。,二、零部件台架试验方法及试验设备(续),试验方法: 对门锁，应在车门全锁紧及半锁紧两个状态进行试验，耐30g加速度惯性力加载，在全锁紧位置时纵向及横向在30g加速度载荷作用下，门锁不应打开。,3、门及门铰链试验,FMVSS 206、GB15084标准或条款都对门锁及门铰链强度提出了要求。,目的: 用于评价在汽车发生撞车事故时，把由于车门被打开或脱开而造成乘员抛出室外的可能性降至最低限度。,门锁及门铰链静强度试验用夹具,图6-7 门锁静态强度试验用夹具,图6-6 门铰链静态强度试验用夹具,二、零部件台架试验方法及试验设备(续),4、安全带试验,目的： 对安全带各组成部件及总成的强度和位移量、锁止机构的工作性能、卷收器等主要组成部件的抗环境干扰性以及耐久性等方面进行评估试验。,强度及位移量试验,目的：为了防止安全带系统在前方撞车事故发生时因其组成部件的断裂、脱开或织带伸长量、锁止机构锁止距离过大等因素造成车内乘员向前移动量多多而可能给乘员带来伤害所进行的评价试验。,图6-8 安全带总成静态强度试验用夹具及安装,二、零部件台架试验方法及试验设备(续),静强度试验： 针对安全带各组成部件（如织带、带扣锁、锁止机构、安装附件等）及安全带总成进行的试验。 动态性能试验：是评价前方撞车时安全带各组成部件的综合强度和综合冲击缓和性不可缺少的试验。 通过再现撞车时的减速度波形和撞车速度的模拟试验方法完成。,强度及位移量试验(续）,图6-8 安全带总成静态强度试验用夹具及安装,二、零部件台架试验方法及试验设备(续),耐久性能试验,目的: 评价锁止机构在感受碰撞或倾斜信号时对织带拉出的锁止情况。卷收机构的工作性能主要包括：紧急锁止距离、倾斜锁止角、卷收力等。,卷收器卷收性能试验,目的：评价安全带的各主要组成部件在长期使用中对日照、高温、低温、大气等各种恶劣工作环境的抵抗能力。包括盐雾试验、高温试验、低温试验、光照试验等。,抗环境干扰性能试验,目的：评价安全带在长期正常使用过程中，其卷收器、带扣锁等主要部件是否仍具有正常的使用功能以及对乘员的可靠保护作用。包括卷收器拉卷试验、带扣锁开启闭合试验等,图6-9 卷收器耐久试验装置工作原理图,二、零部件台架试验方法及试验设备(续),静强度试验： 包括座椅总成试验、靠背强度试验以及座椅调节件试验 动态性能试验：是通过模拟、再现撞车时的加速度波形对座椅系统施加重力载荷来综合评价整个座椅系统的强度 加速度应不得小于20g。,5、座椅及头枕试验,目的: 考核在前面和追尾撞车事故发生时，座椅固定装置、调节装置等部件的强度、座椅头枕和座椅靠背对乘员头部的缓冲保护作用以及头枕的强度和刚度。包括：强度试验、能量吸收试验和头枕强度及后移量试验。,座椅强度试验,目的: 评价在前碰撞或追尾事故发生时座椅安装固定点、座椅骨架以及座椅调节器等各个部分的变形及破坏情况。,二、零部件台架试验方法及试验设备(续),能量吸收性试验,目的: 考核座椅靠背和座椅头枕对冲击能量的吸收性，即对乘员的头部缓冲保护能力。头部模型采用SAE J984标准165mm,重量6.8kg金属制半球状钢体。,图6-9 发射式冲击式试验装置,图6-10 座椅靠背冲击点及冲击方向,头枕后移量及强度试验(追尾),图6-11座椅头枕冲击点及及冲击方向的确定,二、零部件台架试验方法及试验设备(续),6、燃油箱试验,目的: 对燃油箱的强度、耐冲击、防火、耐高温等性能进行评价试验，把汽车发生事故后由于燃油泄漏而发生火灾的可能性降低至最小程度,CFR E939.67、ECE R34、日本道路车辆安全标准11-4-11等标准都对汽车金属燃油箱、塑料燃油箱的安全性能均提出了要求。,落地后要求燃油泄漏量 30g/min,燃油箱坠落试验,图6-12 燃油箱坠落试验台,二、零部件台架试验方法及试验设备(续),6、燃油箱试验（续）,燃油箱冲击试验,试验方法: 钢制冲击角锤15kg，冲击能量30Nm.试验前燃油箱内冲入额定容量的低冰点液体并冷冻至40,冲击试验后燃油箱不得泄漏,图6-13 燃油箱冲击试验台,试验台组成: 燃烧盘、防火屏、油箱支架及导轨,燃油箱耐高温防火试验,燃烧试验: (三个阶段，60s/阶段),预热阶段，将燃烧盘内燃油点燃燃烧60s； 直接燃烧阶段，将燃烧盘移至燃油箱下包围燃烧60s； 间接燃烧阶段，用防火屏盖住燃烧的燃烧盘，继续燃烧60s。,二、零部件台架试验方法及试验设备(续),7、转向柱试验,图6-14 燃油箱燃烧试验台,燃油箱耐高温防火试验（续）,试验要求: 试验后将燃油盘移开。燃烧过程中燃油箱不得产生泄漏或破裂现象，允许产生永久变形。,目的：为了评价汽车正面碰撞事故中可能发生的转向系统对驾驶员的伤害程度，应对撞击时转向盘向后窜动量及转向盘受撞击时的吸能能力进行评价评估。,GB/T11557-89、ECE R12,74/29/EEC、 FMVSS 203、204等标准均对撞击时转向盘向后窜动量及转向盘吸能性能提出了要求。,二、零部件台架试验方法及试验设备(续),要求: 试验车辆应为整备状态并装备有测试仪器, 撞击速度48.3km/h, 记录转向柱上端选定点相对参考点的位置变动量。转向柱向后窜动量限值要求127mm,图6-15 实车障碍壁正面撞击试验,实车障碍壁正面撞击试验,二、零部件台架试验方法及试验设备(续),转向盘撞击吸能性能试验,图6-16 转向盘撞击吸能性试验原理图,图6-17 胸块发射装置图,试验要求: 模拟人体躯体的胸块以24.1km/h撞击速度正面撞击转向盘，记录下水平力值，此力限值要求 11123N,二、零部件台架试验方法及试验设备(续),8、内部凸出物试验,吸能材料的试验装置：采用的摆锤锤头为直径165mm的刚性球头模型，其内部装备有加速度传感器和速度传感器。摆锤在撞击中心处的当量质量为6.8kg。,目的: 为了在汽车发生碰撞事故时，使汽车内部凸出物对乘员的伤害降至最小，应对内部凸出物的突出高度、圆角及材料吸能性等进行评价试验,GB11552-89、ECE R21，74/60/EEC、 FMVSS 201等标准均对汽车内部凸出物提出了要求,图6-18 凸出物凸出高度侧量仪,吸能材料撞击吸能性试验,吸能材料的试验方法：试验时，摆锤以 24.1km/h的速度撞击在头部碰撞区内选定的冲击点，试验结果应满足锤头的减速度大于80g的持续时间不超过3ms。,7-3 零部件模拟碰撞试验方法与设备,概述：,一、HYGE 试验装置,模拟碰撞试验：以实车碰撞试验中在车身上测得的减速度波形为依据,采用与其相似的梯形波或半正弦波为标准波形,用冲撞式模拟试验设备或发射式模拟试验设备进行模拟试验。其试验具有不损坏实车、经济、重复性好等优点。,冲击时的速度； 加速度峰值； 到峰值加速度的上升时间或总的脉冲持续时间。,试验对象：各种汽车安全部件 如：座椅安全带、座椅、转向柱等,影响模拟试验的参数:（三个重要控制参数）,简介:美Bendix公司生产的一种广泛应用的较先进的冲击试验装置,7-3 零部件模拟碰撞试验方法与设备,一、HYGE 试验装置（续）,动力部分：高压压缩机、氮气贮气筒、气液油缸（内设改变冲击波形的活塞针阀） 执行部分：控制台、导轨和滑车 数据采集部分：车上高速摄影机、灯光照明装置、传感器及信号记录装置、记录分析系统,试验装置组成：,HYGE 性能,表3-1. HYGE性能表,HYGE 试验装置,图6-19 HYGE 试验装置,HYGE 主要参数,HYGE 主要特性：,缸内径300mm，长7.314m；滑车宽1.219m，长3.657m，滑车质量996kg；导轨长度36.6m；控制装置可实行程序控制或顺序控制；高压气源有5个贮气筒，四级空压机2台，最高压力21.6MPa；照明装置共计168个灯泡，照明面积7.2m2，平均照度120000lx，启动方式可手动也可自动。,HYGE能实现的波形为半正弦波和梯形波，加速度和持续时间可任意设定,HYGE 工作原理：,图6-20 HYGE 结构原理图 1-推杆，2-主活塞，3-量针，4-量孔板，5、6-浮动活塞,二、CATARC、UTAC和TNO模拟碰撞试验装置,驱动长度CATARC和TNO为17m，UTAC为15m，动力源为橡皮绳，用卷扬机拉紧橡皮绳。 TNO装置的最大冲击速度可达65km/h，在该速度下允许的最大质量为1000kg， CATARC和UTAC装置的最大速度和可装质量均符合ECE R16要求。,图6-21 CATARC模拟碰撞装置示意图,试验装置主要参数,该装置由一个带4个车轮的类似汽车底盘的长方形框架作为碰撞车，被试验件直接装在车上，其牵引装置为直流电机和钢索,图6-22 滑车导轨,三、德国 零部件模拟碰撞试验装置,图6-23 冲击吸能机构示意图,其吸能装置为反弹式的程序控制器 优点：相对于路面的实际试验速度约为模拟速度的一半，股实际动能等于模拟动能的1/4，使碰撞安全性得到提高，且滑车驱动长度可以缩减前述各类试验装置所需长度的1/4。,试验装置主要特性,图6-24 MTS滑车冲击和反弹速度变化特性,四、美MTS模拟碰撞试验装置,五、美VIA碰撞试验装置,MTS838.05型水平模拟碰撞设备基本参数,滑车台面长宽1.2m 1.2m； 滑车质量450kg； 最大试件质量900kg；,在450kg时最大速度为55km/h； 最小脉冲持续时间10ms； 设备占地面积为14m 3m。22,简介：VIA系统由导轨、壁障、滑车、带推进车的气动推进装置、滑车减速装置以及有关的其他装置组成，可以72km/h速度将1044kg质量加速。 参数：全长近22m，滑车导轨宽0.914m，滑车上表面离地高0.61m，壁障基础长宽深7.62m2.13m1.52m，钢筋砼超过45t。 工作模式： 一种为用滑车加速汽车结构部件或总成与壁障碰撞试验模式； 另一种为非破坏性试验，大部分是与约束系统有关的试验研究。,7-4 实车碰撞试验方法与试验设备,正面碰撞试验实现的途径； 碰撞用假人的开发或尸体代替乘员的试验； 数据采集与处理； 图像分析； 乘员伤害指标的确定。,实车碰撞试验：是评价汽车碰撞安全性能得最基本、最有效的方法。是从乘员保护的观点出发，以交通事故再现的方式，来分析车辆碰撞前后的乘员与车辆运动状态及损伤状况，并以此为依据改进车辆结构安全性设计，增加或改进车内外乘员保护装置。同时还是滑车模拟碰撞、计算机模拟计算等试验研究的基础。,试验分类：正面碰撞；侧面碰撞、追尾碰撞、角度碰撞。,背景：欧、美从60年代初开始汽车正面碰撞试验研究工作。 研究范围：,碰撞方式(FMVSS208法规乘员碰撞保护,48.3km/h)：,车辆纵轴线与壁障表面垂直； 车辆横截面与壁障表面成30角，碰撞时车辆左前端先接触； 车辆横截面与壁障表面成30角，碰撞时车辆右前端先接触；。,一、正面碰撞试验,各国正面碰撞试验方法与评价指标比较,表3-2. 各国正面碰撞试验方法与评价指标比较一览表,各国正面碰撞试验方法与评价指标比较,表3-2. 各国正面碰撞试验方法与评价指标比较一览表（续）,二、侧面碰撞试验,移动壁障的台车质量、尺寸、壁障尺寸、形状不同； 碰撞形态不同； 试验用假人不同； 碰撞速度不同； 碰撞点的位置不同； 乘员伤害指标也略有不同。,特点：欧、美现有的汽车侧面碰撞试验方法不同点较多 区别：,碰撞法规： FMVSS2147法规车门侧压静强度； ECE法规侧碰撞保护(1991年)； ISON123法规侧碰撞保护。,各国侧面碰撞试验方法与评价指标比较,表3-3. 各国侧面碰撞试验方法与评价指标比较一览表,各国侧面碰撞试验方法与评价指标比较,表3-3. 各国侧面碰撞试验方法与评价指标比较一览表（续）,三、实车碰撞试验程序,（1）试验车辆质量：空载质量十行李质量十假人质量（两个假人质量） （2）燃油箱：抽出全部燃油，加入9294油箱容积的水或其它不易燃液体 （3）被试车辆的制动液、冷却液、机油应全部放出（这一点没有专门规定），防止溅洒到壁障表面和下部的高速摄影机上 （4）轮胎气压调到规定值 （5）车辆质量的调整：当车辆未达到上述（1）条规定的质量时，应加配重（质量块），加装位置应选择不影响车辆碰撞和乘员保护的地方 （6）加速度传感器安装和目标标志纸设置 （7）座椅位置和靠背角度调整，转向盘位置调整 （8）试验车辆的基本条件：车门全闭不锁，驻车制动释放，变速器处空档位置，钥匙锁处接通位置 （9）假人着座姿势检查：头、腿和其它部位按需要涂些油彩，以帮助确认假人碰撞部位 （10）试验：在距碰撞点之前300mm处测量车速，碰撞试验后进行静态翻转检验，检查泄漏情况,试验主要步骤：,实车碰撞试验特点：是在0.1s内完成的不可重复再做的试验。综合了机械运动学、电子学、光学、计算机等科学技术，且试验要用真实车辆和许多一次性消耗材料，成本很高，任何小的失误都可能造成巨大损失,实车碰撞试验程序,四、实车碰撞用主要试验设备,主要要求：,实车碰撞试验系统中，碰撞时与试验车辆相作用的物体的表面称为壁障。,图6-26 移动壁障,固定壁障表面至少宽3m ，高 1.5m； 壁障表面垂直于壁障前的路面且固定19mm厚多层板； 壁障尺寸和结构应足以限制其表面变形量小于车辆永久压溃量的1%。 固定壁障安装载荷传感器 （1250个）。,移动壁障表面类型：,平面刚性表面（FMVSS301规定）：应用于后碰撞试验。 吸能表面（FMVSS214规定）：应用于侧面碰撞试验。,壁障,四、实车碰撞用主要试验设备（续）,牵引装置要求：,是使被试车辆或移动壁障由静止到产生设定的碰撞前速度的装置。,高精度的速度控制。如正面碰撞速度：美48.3km/h; 日500-22km/h,图6-27 日本汽车研究所牵引系统,牵引系统,牵引被试车辆加速过程中，牵引加速度恒定且不能过大，保证假人姿势不致发生变化 安全可靠且节能,日本汽车研究所牵引系统：,最大速度：