汽车碰撞安全进展.ppt

顾镭博士徐有忠博士奇瑞汽车公司奇瑞乘用车工程研究院,汽车碰撞安全进展,内容提要,世界汽车碰撞安全概况世界汽车碰撞事故统计和趋势各国汽车安全法规和要求世界交通安全展望汽车安全测试方法简介各类强制性结构安全试验汽车结构在碰撞事故中的作用碰撞传感器和乘客保护系统,汽车结构安全设计和计算机仿真汽车结构安全设计及优化结构安全计算机仿真设计中国汽车碰撞安全前景教育和人才培养产业/商业机会5年展望,世界交通事故统计(2000年),死亡人数:130万受伤人数:3000万每25秒有1人因交通事故死亡每1秒有1人因交通事故受伤对年龄低于34岁的群体,交通事故死亡占第一位财产损失:五千亿美元(中国2000年总产值:一万亿美元),美国交通事故统计(2000年),死亡人数:41821受伤人数:530万车辆损坏:2760万,美国交通事故统计(2000年),财产损失(2000年):2306亿美元98万美元/死亡110万美元/严重受伤,中国交通安全统计(2002年),交通事故:77万死亡人数:109400(美国:41000)占世界汽车总量的1.9%因交通事故死亡人数占15%交通事故死亡已取代自杀成为因伤害死亡的第一原因,中国交通安全数据(世界卫生组织2004年10月估计),交通事故死亡人数:600/天受伤人数:45000/天财产损失:120-210亿美元/年(1.5%中国年总产值)交通事故死亡率:世界第一位交通事故死亡人数:世界第一位对年龄15-45岁的群体,交通事故是第一死亡原因,Top10CausesofDeath&DisabilityintheWorld,各国交通安全展望,美国政府:到2008年,交通事故死亡率降低33%加拿大政府:到2010年,交通事故死亡率降低33%澳大利亚:到2010年,交通事故死亡率降低40%英国政府:到2010年,交通事故死亡率降低40%欧共体:到2010年,交通事故死亡率降低50%日本政府:到2012年,交通事故死亡率降低50%中国:汽车安全法规中国2004年5月1日公布了第一部交通安全法,交通安全的紧迫性/重要性,中国是世界交通事故死亡率最高国家之一顾客要求公共要求政府法规汽车厂商竞争信息(汽车安全排名,汽车安全评估等),汽车安全设计,车顶翻滚车顶强度,前撞FMVSS208新车评估保险公司车与车协调传感器,行人安全,侧撞美国侧撞试验欧洲新车侧撞试验侧撞柱试验车车协调侧撞试验,后撞,乘客安全,汽车安全设计要求:政府法规公共试验厂家规范,主要安全法规及要求,美国汽车安全法规欧洲汽车安全法规加拿大汽车安全法规日本汽车安全法规,主要汽车碰撞试验美国新车碰撞评估试验前部碰撞评估试验侧面碰撞评估试验美国IIHS汽车碰撞试验IIHS部分重叠前部碰撞试验IIHS侧面碰撞试验欧洲新车碰撞评估试验日本新车碰撞评估试验,轿车事故死亡分布(美国1991-1997),日本交通伤亡,机动车辆42%,摩托车20%,自行车10%,行人27%,其他1%,印度交通伤亡,机动车辆12%,摩托车27%,自行车14%,行人42%,其他5%,交通事故类型(美国),翻滚25%,侧撞32%,前撞40%,尾撞3%,前撞测试简介,澳大利亚,欧洲,日本美国新车前撞评估试验,56公里/小时实墙碰撞,澳大利亚,欧洲,日本新车前撞评估试验美国IIHS,美国新车前撞评估试验简介,翻滚25%,56公里/小时实墙碰撞,头/颈胸力/变形臀/腿,欧洲新车前撞评估试验IIHS前撞试验(美国),64公里/小时可变形障碍碰撞,头/颈胸力/变形臀/腿,侧面碰撞评估试验简介,美国新车侧撞评估试验,澳大利亚,欧洲,日本新车侧撞评估试验美国IIHS侧撞试验,侧撞评估试验(欧洲,澳大利亚,日本),头/颈胸臀/腿,50公里/小时,侧撞评估试验(IIHS,56公里/小时),侧撞柱试验(29公里/小时),撞行人试验简介,头:头部受伤判据大腿:受力/弯曲小腿:受力/弯曲/剪力,车顶强度试验简介,美国政府法规:静力下压12.5CM,最大抗压力必须达到车重的1.5倍.最新美国法规(2008年生效),最大抗压力必须达到车重的2.5倍.,汽车安全设计目标,Identifyframearchitecture&crushdistancerequiredEstablishcompatiblepackagingspaceEstablishvehicleleveltargetsandcascadetosystem,subsystem,andcomponentsImproveoccupantprotectionEarlyevaluationofvehiclecrashbehaviorinthedevelopmentprocessHelpestablishoptimalcrashpulseandoverallsafetystrategy,汽车安全设计目标(续),Developeconomicsolutions(Weight&Cost)ReducenumberofprototypesEnsurethevehiclesatisfiesthecrashrelatedrequirementsfortheintendedsalesmarkets.Additionally,ensurethevehiclesatisfiessafetyrelatedCherySafetyDesignGuidelines(CSDG)andprogramspecificsafetyrelatedtargets(e.g.5starNCAP).,LegalandCorporateRequirements,RegulatoryandGuidelinesFMVSSFederalMotorVehicleSafetyStandardsECEuropeanCommunityECEEconomicCommissionforEuropeCMVSSCanadianMotorVehicleSafetyStandardsCMVDRChina,LegalandCorporateRequirements,PublicMedia&ConsumerOrganizationsNorthAmericaNCAP,LINCAP,IIHSEuropeEuro-NCAP,ADAC,AMS,WHICH,VDS/AZT,THATCHAMJapanJNCAPCheryRequirementsSafetyDesignGuidelines(CheryAcceptanceCriteria),SpecificationofCrashTests,VariousOrientations(Frontal,Angled,Offset,Side,Rear,VehicletoVehicle)VariousBarriers(Rigid,Deformable)VariousSpeeds(0-80kph)VariousWeights(CurbWeight,+Dummies,+Luggage)VariousDummiesanddifferentOccupantConfigurations,FrontImpactModes,StraightFrontAngularOffsetLowSpeed,Assessment,Assessment,Assessment,Assessment,OccupantcriteriaVehiclestructureInteriorcompartmentFuelsystemintegrityOccupantevacuation,OccupantcriteriaVehiclestructureInteriorcompartmentFuelsystemintegrityOccupantevacuation,OccupantcriteriaVehiclestructureInteriorcompartmentFuelsystemintegrityOccupantevacuation,OccupantcriteriaVehiclestructureInteriorcompartmentFuelsystemintegrity,ComparisonofRegulatoryFrontalImpactModes,Europe,USA,TestSpecification,Assessment,TestSpecification,Assessment,50kph,curbweight,VehiclestructureInteriorcompartmentSteeringcolumndisp.Fuelsystemintegrity,56kph,DeformableBarrier,40%overhang,2dummies+luggage,OccupantcriteriaVehiclestructureInteriorcompartmentFuelsystemintegrityOccupantevacuation,0-50kph,2dummies+luggage,044kphDeformableBarrier,40%overhang2dummies+luggage,OccupantcriteriaVehiclestructureInteriorcompartmentFuelsystemintegrityOccupantevacuation,NewRequirement(2003)OccupantcriteriaVehiclestructureInteriorcompartmentFuelsystemintegrityOccupantevacuation,SideImpactModes,TestSpecification,Assessment,OccupantcriteriaVehiclestructureFuelsystemintegrityOccupantevacuation,OccupantcriteriaVehiclestructureFuelsystemintegrityOccupantevacuation,VehiclestructureFuelsystemintegrity,VehiclestructureFuelsystemintegrityOccupantevacuation,RearImpactModes,50%Offset,TestSpecification,VehiclestructureFuelsystemintegrityOccupantevacuation,Inline,Assessment,FMVSS/ECE,VehiclestructureFuelsystemintegrityOccupantevacuation,VehiclestructureFuelsystemintegrityOccupantevacuation,SafetyDesignProcess,VehicleSystemTests,Sub-SystemTests,FrameDesignCAEStudy,OOP/HygeSled(Sub-systemTargetVerification),Frame/IIHSSideViaSled(Sub-systemDesignVerification),SupplierDVTest,BarrierTest(SystemTargetVerification),ENGRSign-Off,ComponentTargetCascade,RestraintDesignMadymoAnalysis,ComponentTesting(Column,Airbag,Seatbelt,etc),Verification,SensorTest,DVSledTest,LiveCert,Component/Sub-systemTest,OOP/Hygetest,SensorAlgorithmDevelopment,SafetyProcess&Timing,U251_Safety_AP_Rational_03_18_03.ppt,OtherTestModes,SensorTest(Fire/NoFire,Barrier,Poleetc.)RoofCrushHeadImpactPedestrianImpactStaticSideDoorIntrusionSledTestsForDifferentOccupantSizesOut-Of-PositionTestingComponentTests,AssessmentCriteria,VehiclestructureSteeringcolumndisplacementSurvivalspaceDooropenabilityWindshieldretentionandintrusionOccupantCriteriaInjurycriteriaInteriorcompartmentOccupantevacuationFuelsystemintegrityFuelLeakageFirerisk,PublicDomainTests,U.S.NCAPNewCarAssessmentPLINCAPLateralImpactNewCarAssessmentPIIHSInsuranceInstituteforHighwaySEuro-NCAPEuropeanNewCarAssessmentPTHATCHAMBritishMotorInsuranceRADACGermanAutomobileAssociationwww.adac.de,U.S.NCAP,TestconductedbyNHTSA(NationalHighwayTrafficSafetyA)StarratingbasedonHICandChestg1-5stars,56kph,IntrusionMeasurements,U.S.LINCAP,TestconductedbyNHTSASametestprocedureasFMVSS214exceptathigherspeedStarratingsystembasedonOccupantInjuryCriteria(1-5stars),27,o,38.5,mph,17.5,34.3,IIHS-OffsetFrontalImpact,OffsetFrontalImpact64kph(40mph)40%offsetDeformablebarrier,CAEProcess,OccupantModelOptimizecrashpulse(min.crush,meetcriteria)OptimizerestraintsystemFEA(FiniteElementAnalysis)Developstructure(min.crushandintrusion)Proposedpulse,结构安全试验研发费用估算,试验类型:多达20种(前撞,侧撞,后撞等)样品车(PROTOTYPE)需求量:平均150辆(美国和欧洲)样品车费用:平均$25万美元/辆费用估算:$25万*150+$2.5万*150=$4125万法规要求试验:至少5种费用估算:$2.5万*10+$2.5万*10=$50万,结构安全计算机仿真及其优越性,大大降低研发成本(一般估计可节省30%样品车:约$1250万)大大缩短研发周期(研发周期一般为5年)提供优化和可靠性设计计算机仿真可以模拟任何试验条件由于大量法规要求试验,计算机仿真是设计过程中唯一选择,汽车结构安全计算机仿真的难度,结构非线性及材料非线性,瞬态响应材料破坏,屈曲,断裂接触和碰撞软件稳定性,软件适用范围对分析工程师要求较高对计算机容量要求较高,计算机费用:仅是1997年的1%,车与车前撞计算机仿真,汽车结构安全设计基本概念,吸收/分配,汽车碰撞能量(结构塑性变形)降低对乘客的冲击力至可容度以内保持乘客一定的生存空间,汽车结构安全分析,汽车安全性能评估提供提高安全性能的修改方案及费用估算给出最佳兼顾方案提供优化组合及可靠性设计,汽车结构安全分析流程,给出最佳兼顾方案,结构安全设计(不能仅仅是依样画葫芦),与当地政府法规有关与车重有关与乘客安全保护系统有关与结构材料有关与交通条件有关,ESCAPE侧撞试验结果(有空气袋),G=好A=可接受M=勉强P=不合格,ESCAPE侧撞试验录像(有空气袋),ESCAPE侧撞试验结果(无空气袋),G=好A=可接受M=勉强P=不合格,ESCAPE侧撞试验录像(无空气袋),最低:车重约束条件:振动与噪音控制频率弯曲模态扭转模态前撞假人头部受伤判定假人胸部受伤判定假人严重受伤概率车顶强度最大抵抗力部分重叠前撞乘员空间缩小距离侧撞位移假人胸部粘性受伤判定,多目标优化设计(MDO),多目标可靠性设计,最低:车重约束条件:前撞设计目标P假人头部受伤判据70090%P假人胸部受伤判据50g90%P假人严重受伤概率10%90%部分重叠前撞设计目标P乘员空间缩小距离11in.90%侧撞设计目标:P假人胸部粘性受伤判据0.5890%P假人胸部变型27.2MM90%车顶强度设计目标P最大抵抗力27KN90%,多目标优化设计结果车重降低10磅满足所有设计目标并有90%置信度,中国汽车碰撞安全前景,目标:降低交通事故死亡率减少财产损失(120-210亿美元/年,1.5%中国年总产值)前景:汽车安全法规政府保险业教育(人才培养,培训,安全知识普及)工程设计人才法律事务人才商业/产业标准检测试验与分析结构安全设计,评估计算机仿真分析/设计法律事务(律师所,保险业,事故分析),交通事故死亡率(/万辆),各国交通死亡率历史下降图,死亡人数/10亿公里行驶,平均降低4.2倍,交通死亡率的历史趋势,中国汽车碰撞安全人才培养,目标:降低死亡率,减少财产损失30%美国现有专业人才:3000主要专业课程:车辆结构设计力学(结构力学,计算力学)生物