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西华大学烦= | 学位论文 轿车车身正面碰撞的计算机仿真 动力机械及工程专业 研究生夏篮丕 指导教师篡熟生熬塑 摘要 汽车作为现代的交通工具，在给人们的生活带来方便的同时，也带来了 很多危险，在汽车交通事故中每年的死亡人数，常常超过世界的局部战争， 交通事故不仅造成巨额的直接经济损失，而且导致残疾人口上升和家庭不幸 等诸多社会问题，交通事故已成为人类社会的重要公害之一。 目前世界各主要汽车生产国都制定了严格的碰撞安全法规，要求汽车生 产和开发都必须通过严格的标准，我国政府于1 9 8 9 年9 月编集了中国汽车整 车碰撞安全法规，并对汽车实行了3 8 项强制性安全法规，已于2 0 0 0 年1 月 1 日实施了关于正面碰撞乘员保护的设计规则c m v d r 2 9 4 规定从1 9 9 9 年 l o 月以后新申请上目录的车辆必须满足该法规的要求，对于达不到法规要求 的已上目录的在生产车辆，要求2 0 0 2 年7 月1 日前通过结构改造达到该法规 要求，否则必须停止生产。因此，开展汽车安全性研究改进车辆耐撞性设计， 提高汽车碰撞安全| 生，降低交通事故的死亡，是我国汽车行业研究的重要课 题，也是汽车制造企业十分紧迫的任务。 本文对各汽车发达国家的汽车碰撞安全性法规作了简要阐述，分析了不 同国家的碰撞法规的差异，同时也对我国安全性法规进行了比较分析。 然后本论文建立了几何模型，并对建立过的几何模型进行简化，并由此 建立正面碰撞的有限元模型。首先对车身以4 8 k m h 的碰撞速度进行仿真模拟 计算，然后对整车进行加速度分析、变形分析、应力分析，同时对碰撞主要 吸能部件前纵梁也进行变形分析、应力分析、吸能分析。分析后，对模型仿 真出现的问题进行改进，然后再次对改进后的模型进行仿真和分析。分析结 西华大学硕士学位论文 果表明改进是有效的，满足了抗撞安全性。之后再对改进后的模型加大碰撞 速度到5 6 1 0 n h ，以增大碰撞强度，仿真分析结果表明各项指标数值明显增大， 但能够基本满足碰撞安全性的要求。 通过相关文献的对比，论文中仿真简化模型的建立是基本正确的，结果 分析基本正确，符合碰撞仿真的基本规律。 本论文应用非线性有限元理论，利用a n s y s l s d y n a 、e t a f e m b 等 软件对轿车车身结构正面碰撞刚性墙进行了数值模拟计算，对车身结构在碰 撞过程中的碰撞规律进行了分析总结，明显改善了车身正面碰撞性能。最后 对全文所做工作取得的成绩和不足进行了总结。 关键词正面碰撞有限元法碰撞性能计算机仿真模拟 堕兰奎兰堡主兰堡丝兰 a b s t r a c t a u t o m o b i l e ，a c t sa st h em o d e mv e h i c l e ，b r i n g sag r e a td e a lo f c o n v e n i e n c et o o u rd a i l yl i f e ，a tt h es a m et i m e ，i ta l s oe x p o s e su st os o m ed a n g e r e v e r yy e a rt h e n u m b e ro f v i c t i m si no a ra c c i d e n t sp r e c e d e st h a to f l o c a lw a ro f t h ew o r l d t r a f f i c a c c i d e n tt l o to n l yc a u s e se n o r n l o u se c o n o m i cl o s i n g ，b u ta l s om a n ys o c i a l p r o b l e m s ，s u c ha st h ei n c r e a s i n go fd i s a b l e dp e o p l ea n df a m i l ym i s f o r t u n e f r o m t h i sp o i n to f v i e w , t r a f f i ca c c i d e n th a sb e c o m eo n eo f t h em o s ts e v e r es o c i a le f f e c t s t o d a ns t r i c t l yc r a s hs a f e t ys t a t u t e sw e r ee s t a b l i s h e di nm a i na u t o m o b i l e i n d u s t r ya l lo v e rt h ew o r l da n da u t o m o b i l ep r o d u c t sm u s ts a t i s f yw i t ht h es t a t u t e s t h e f i r s t w h o l ec a rc r a s hs a f e t ys t a t u t e o f o u r c o u n t y w a sc o m p i l e d i n s e p 1 9 8 9 ，i n w h i c h3 8c o m p u l s o r yr e q u i r e m e n t sa b o u tc a rc r a s hs a f e t yw e r ep r o p o s e d j a n u a r y 1 ，2 0 0 0 ，c m v d r 2 9 4w a sb r o u g h ti n t o e f f e c t i tr e q u i r e st h ea u t o m o b i l e s c a t a l o g e da f t e ro c t 1 9 9 9m u s ts a t i s f yt h er e q u i r e m e n to ft h es t a t u t e ，a n dt h o s e c o u l dn o ta c h i e v em u s tb es t r u c t u r a li m p r o v e db e f o r ej u l1 ，2 0 0 2o rt h e m a n u f a c t u r ew o u l db eh a l t e d s ot h er e s e a r c ha b o u tc a rs a f e t y , t h ei m p r o v e m e n to f v e h i c l ec r a s h w o r t h i n e s sa n dt h er e d u c t i o no fd e a dr a t i oo fc a ra c c i d e n th a sb e c o m e t h em o s ti m p o r t a n tp r o b l e mo fo u ra u t o m o b i l ei n d u s t r ya n da l s ot h eu r g e n tt a s ko f c a rm a n u f a c t u r e s i nt h i st h e s i s ，s o m ed e v e l o p e dc o u n t r i e s s t a t u t e sa b o u tc r a s hs a f e t yw e r e e x p a t i a t e d ；d i f f e r e n c ei ne a c hc o u n t r yo fc r a s hs a f e t yw a sa n a l y z e d t h e n0 1 1 1 c o u n t r y sc r a s hs a f e t ys t a t u t ew a sc o m p a r e dw i t h t h e m t h e n ，a u t h o rc r e a t e dc a dm o d e l ，a n ds i m p l i f i e dt h em o d e l a tl a s t , a c c o r d i n gt ot h em o d e l ，t h ec a r sf e a w a sb u i l t f o l l o w i n g ，t h ec a rc r a s h e dr i g i d w a l la tv e l o c i t yo ft h e4 8k m h ，t h e na c c e l e r a t i o na n a l y s i s 、d i s t o r t i o na n a l y s i s 、 s t r e s sa n a l y s i so f t h ew h o l ec a rw e r ec a r r i e do n ，t h es a m et i m ed i s t o r t i o na n a l y s i s 、 s t r e s sa n a l y s i s 、e n e r g ya b s o r p t i o no ft h el o n g i t u d i n a lb e a ma l s ow e r ec a r r i e do n a f t e ra n a l y z e d ，p r o g r e s si m p r o v e m e n t sw a sb r o u g h tf o r w a r d ，a n da c c o r d i n gt o 西华大学硕士学位论文 t h e s e s i m u l a t i o ua n da n a l y s i s 愀c a r r i e d a g a i n 码ei m p r o v e dr e s u l t 哪 u s e f u l a n ds a t i s f y i n gt h ec r a s hs a f e t ys t a t u t e s t h e nv e l o c i t yo ft h e5 6 k m hw a s p u to nt h ei m p r o v e dm o d e l ，s oa st o e n h a n c ei n t e n s i t y , r e s u ro fs i m u l a t i o n i n d i c a t e d 也a tt a r g e t sa b o u tc r a s h w o r t h i n e s sb e c a m ei n c r e s c e n t ，b u tt h er e s u l tc a n b a s i c a l l ys a t i s f i e dt h ec r a s hs a f e t ys t a t u t e s c o n t r a s t e dr e l a t e dl i t e m t u r e s i nt 1 1 et h e s i st h es i m p l i f i c a t i o nm o d e li sa f u n d a m e n t a la c c u r a t e ，i t sr e s u l to f a n a l y s i si sa l s of u n d a m e n t a la c c u r a t e ，m a t c h i n g b a s i cr e g u l a t i o no f n a m e r i c a ls i m u l a t i o no f t h ec r a s h w o r t h i n e s s i nt h i st h e s i s ，a n s y s 几s - d y n a 、e t a f e m b ，e t c ，w h i c hb e l o n g st ot h e h i g h l yn o n l i n e a rf i n i t ee l e m e n ts o f t w a r e ，i sa p p l i e di nt h en u m e r i c a ls i m u l a t i o n a n a l y s i sf o rt h ew h o l ec a rf r o n t a lc r a s h 1 1 1 er u l e sa n dl a w ss h o w ni nt h en l l i n e r i e a l s i m u l a f t o na n a l y s i sa n di nt h er e s u l t so fc a l c u l a t i o i l sh a v eb e e ns u m m a r i z e d c r a s h w o r t h i n e s sw a so b v i o u s l yi m p m v e d a tt h ee n do ft h et h e s i s ，a c h i e v e m e n t a n ds h o r t a g ei nt h et h e s i sw e r ep u tf o r w a r d k e yw o r d s ：f r o n t a li m p a c t ，f i n i t e e l e m e n tm e t h o d ，c r a s h w o r t h i n e s s ， c o m p u t e rs i m u l a t i o n 陌华人学硕+ 学位论文 第一章绪论 1 1 研究背景 1 1 1 被动安全研究的意义 随着我国人民生活水平的不断提升，汽车已不再是奢侈品，而是得到广 泛的普及。汽车作为一种便捷的现代化交通工具，在给人们的生活带来极大 便利的同时，也因其造成的交通事故给人类的生命和财产安全带来了严重威 胁。从全世界的统计数字来看，每年因道路交通事故而死亡的人数已高达5 0 万人之多，伤1 0 0 0 万人以上。我国是世界上道路交通事故最多的国家之一， 近几年，每年的交通事故都有数十力起，直接经济损失达几十亿元( 见表 卜1 ) 。从表卜1 中可以看出，自1 9 9 8 年以来，我国交通事故一直保持着较 高的事故率。 表卜11 9 9 8 年一2 0 0 3 年我国道路交通事故统计 t a b l e1 1t h es t a t i s t i c a lt a b l eo fr o a da c c i d e n ti nc h i n af r o ml9 9 8t o2 0 0 3 直接经济损失 年份事故次数( 次)死亡人数( 人)受伤人数( 人) ( 万元) 1 9 9 83 4 6 1 2 97 8 0 6 72 2 2 7 2 11 9 2 9 5 1 1 9 9 9 4 1 2 8 6 08 3 5 2 92 8 6 0 8 02 1 2 4 0 2 2 0 0 06 1 6 9 7 l 9 3 8 5 3 4 1 8 7 2 l2 6 6 8 9 0 2 0 0 17 5 4 9 1 91 0 5 9 3 05 4 6 4 8 53 0 8 7 8 7 2 0 0 27 7 3 1 3 71 0 9 3 8 l 5 6 2 0 7 43 3 2 4 3 8 2 0 0 36 6 7 5 0 71 0 4 3 7 24 9 4 1 7 43 3 6 9 1 4 汽车安全、节能、环保逐渐成为汽车工程领域具有重大意义的研究热点。 不仅如此，为了汽车产品参与国际、国内竞争，各大汽车制造厂和一些 研究机构开展了汽车安全性的专门研究，汽车安全性研究逐渐从汽车技术研 究的其他领域中分离出来形成了一个独立的分支。我国汽车安全性研究相对 国外起步晚，技术上还有一定距离，因此，汽车安全问题越来越受到有关部 阳华人学硕十学位论文 门的高度重视，技术上取得了很大的进展。 作为交通安全问题的重要内容之一，汽车碰撞安全性( 被动安全性) 问 题越来越得到广泛的重视。汽车碰撞安全技术涉及的问题很多，其核心是在 汽车碰撞事故中最大限度的保护乘员，努力做到“车毁人不亡”或“车伤人 不亡”。 1 1 2 汽车f 面碰撞研究的意义 汽车发生碰撞事故时，其碰撞形式多种多样，归纳起来大致可分为三种 形式：f 面碰撞、侧面碰撞及后面碰撞，另外还有车撞行人与翻车等。正面 碰撞的试验方法可分为全宽碰撞、斜角碰撞和偏置碰撞等三种碰撞试验形式， 其中全宽碰撞能够模拟重叠率为9 0 一1 0 0 的正面碰撞交通事故，斜角碰撞和 偏置碰撞能够模拟其他形态的f 面碰撞交通事故。根据资料( 见图i - i ) 可 知，在所有碰撞事故中，汽车发生各种形式正面碰撞的概率在4 0 左右。”。 在日本，因各种形式正面碰撞导致死亡的人数占因各种汽车碰撞事故死亡人 总数的7 1 6 1 。而在各种正面碰撞形式中全宽碰撞所模拟的交通事故发生 的概率占41 ，其他形式碰撞发生的概率占5 9 。就死亡率而言，虽然其他 形式碰撞的死亡率占所有f 面碰撞死亡率的比例较小，仅为3 3 1 ，但受到 严重伤害的比例则非常大”，如图卜2 所示。因此，进行汽车f 面碰撞安全 性的研究，对减轻交通事故中人员的伤害具有非常重要的意义。 f i g1 - lp r o b a b i l i t yo fi m p a c ta c c i d e n ti na l lk i n d so fi n j u r e d 图1 - 1 包含所有伤害类型的碰撞事故的概率分布( 美国) 华大学硕士学位论文 心圳 帆z * 一匦1 1 鲋。_ 允鲫 图卜2 不同撞击部竹的死亡人数( 乘车者死亡总数4 4 0 5 人年日本) f i g1 - 2d e a t hp r o p o r t i o nf r o mt h er o a d w a ya c c i d e n to nd i f f e r e n tp a r t s 1 2 汽车被动安全研究方法 汽车碰撞的研究方法主要有经验法、试验法和数学分析法等。经验法是 研究方法和手段大多只能凭借人们日常生活中的经验或直觉，是最直接的设 计方法；试验法是一种直接而客观的设计与验证方法，采用实车进行试验， 其与事故情形最为接近，试验结果最有说服力，虽然周期较长，费用昂贵且 重复性差，但到目前为止，却是不可替代的试验方法：数学分析法是目前应 用最为广泛的方法，它目前主要包括解析法、多刚体动力学法和有限元法等。 随着计算机技术的发展以及有限元和多刚体动力学建模方法的完善，采 用计算机仿真方法来进行汽车被动安全性研究成为一种非常必要的研究方 法。本课题轿车车身结构碰撞的计算机数值模拟分析研究，属于计算机仿真 研究的内容，与之相关的有限元理论和数学算法在后面章节将会介绍到。 1 3 汽车碰撞计算机仿真研究的现状及发展 1 3 1 国外汽车碰撞计算机研究的现状及发展 国外较早丌展汽车碰撞研究的是美国。早期汽车碰撞研究主要是进行各 种条件下的碰撞试验，包括实车碰撞试验和模拟碰撞试验。6 0 年代人们又丌 始了计算机模拟碰撞技术。7 0 年代美国丌始使用计算机辅助交通事故分析软 件。而近2 0 年来，汽车碰撞计算机模拟技术得到迅速发展，已经有许多成 熟的用于碰撞模拟的商业化软件包。其中，最常用的有限元软件有：p a m c r a s h 、 两华大学硕十学位论文 m a d y m 0 3 d 、c a l 3 d 和l s d y n a 3 d 等。这些软件能够进行车身结构碰撞大变形 模拟和标准假人在碰撞过程中的动态响应分析，还可对法规碰撞试验进行计 算机仿真。这些功能强大的软件包在安全车身开发、碰撞受害者保护措施优 化、人体生物力学、碰撞试验用标准假人丌发等工作中发挥了很大的作用。 国外丌展的汽车碰撞计算机模拟研究主要包括事故再现( a c c i d e n t r e c o n s t r u c t i o n ) ，碰撞受害者模拟( c r a s hv i c t i ms i m u l a t i o n ) 汽车结构 抗撞性模拟( s i m u l a t i o no fa u t o m o b i l e sc r a s h w o r t i i n e s s ) 三个方向。 事故再现研究的内容是，在汽车事故发生后，由汽车的最终位置开始， 运用经验建立的运动学和动力学模型往回推算，即反向经由碰撞后阶段一 碰撞阶段碰撞前阶段，使事故的情况在时间和空间上得以重现。 汽车碰撞受害者模拟的研究工作丌始于6 0 年代中期，使用的动力学分析 模型是多刚体系统模型和生物力学分析模型，分别用来模拟人体整体动力学 响应和人体局部结构伤害程度。 汽车结构抗撞性模拟的动力学分析模型是非线性大变形有限元模型。有 限元模型的优点在于能真实地描述结构变形适用于建立汽车结构模型及人 体局部结构的生物力学分析模型。 1 3 2 国内汽车碰撞计算机研究的现状及发展 虽然我国已陆续丌始实施汽车被动安全性认证法规，已有一些研究机构 开展了汽车安全性的专门研究，但国内有关汽车被动安全性的研究大多集中 在已定型生产的实车的检测方面，如清华大学、湖南大学、中国汽车研究中 心、天津国家汽车质量检测中心、长春等地相继建立了研究和试验基地，主 要围绕汽车乘员配置保护，防止转向机构对驾驶员的伤害，汽车碰撞时燃油 泄漏等安全法规开展工作，在汽车碰撞计算机模拟方面的工作还处于起步阶 段。吉林工业大学、北京理工大学、湖南大学、江苏理工大学等单位均做过 一些有益的尝试，从公丌发表的文献来看，研究范围主要集中在汽车f 面碰 撞的计算。 综上所述可以看出，出于整车计算模型规模较大，每次计算都将耗费大 量的机时和计算机资源，在进行汽车碰撞的计算机仿真模拟时，国内外的做 两华人学硕十学位论文 法都是先通过对基本结构的碰撞研究，掌握建模和碰撞计算要点，在此基础 上研究汽车主要吸能部件的耐撞性能。最后才是对整车进行计算机仿真模拟。 所不同的是国外在汽车碰撞主要吸能部件的基础研究、关键零部件的吸能模 式和机理研究、不同碰撞类型的研究、安全气囊的设计和匹配、吸能结构的 优化设计研究等方面的计算机仿真模拟已经相当深入和广泛，积累了大量的 经验和数据资料，并成功地将浚技术应用到了汽车产品开发中，使得他们所 生产的汽车在结构的耐撞性和对乘员的保护方面与国内比都遥遥领先。 计算机模拟方面国内目前虽然取得了许多可喜的成绩，但由于国内在汽 车碰撞计算机模拟方面的研究起步较晚，并且该研究受计算机软、硬件和试 验条件的限制较大。因此，在碰撞模型的建立、参数的选择以及计算机模拟 研究方法等方面的工作仍有待进一步深人，计算机模拟碰撞的真实性和实用 件也有待于提高”。 1 4 本课题研究1 7 1 的、意义 1 4 11 7 1 的： 根据法规标准，应用有限元分析软件通过对车身主要部件和白车身进 行的正面仿真分析，为进一步改善车身结构安全提供依据。 1 4 2 意义： 1 ) 降低丌发成本。 2 ) 如果结构发生变化，只需改动模型中的相关参数即可进行再次碰撞分 析，比起实体修改再试验的过程更方便、快捷，利于多种方案的快速 分析和比较。 3 ) 不需要任何测量仪器，就可以输出所需要的碰撞结果，如某一结构部 位的碰撞加速度、位移、受力等。并且有的结果是试验无法测得的。 4 ) 能够任意多次重复再现各部件的中间变形过程，方便设计人员对结构 的观察、分析、改进。 两华人学硕十学位论文 1 5 本课题主要研究内容 本文主要从以下几方面进行了粗浅的研究： 第一，阐述了汽车被动安全性研究的意义，国内外f 面抗撞性的研究现 状、研究内容、方法与最新发展动态，并对汽车碰撞计算机模拟基本理论与 常用软件做了简单介绍； 第二，从汽车正面抗撞性的含义出发，介绍了国内外汽车碰撞安全法规 和各国n c a p 对汽车正面抗撞性的评价方法，进行了分析比较。 第三，应用u g 、c a t i a 等软件建立白车身几何模型，应用a n s y s d y n a 及f e m b 等有限元分析软件轿车车身与j 下面碰撞的有限元模型建立； 第四，根据国内外法规要求，对车身进行4 8 3 k m h 及5 6 k m h 速度的全 宽正面碰撞模拟计算分析，并对不足的车身结构提出改进措施，重新进行分 析计算； 西华大学硕士学位论文 第二章汽车碰撞安全法规及n c a p 2 1 概述 由于汽车事故造成的巨大损失，世界各发达国家都对汽车碰撞安全性做 出强制性要求，并且建立了各自的法规。其中比较有代表性的是美国联邦机 动车安全法规( f i v l v s s ) 和欧洲法规( e c e 和e e c ) 其他如r 本、加拿大、 澳大利亚等国家的法规基本上是参考美国和欧洲的法规制定的。 由于欧洲采用产品认证制度，因此e c e 和e e c 法规均制定有便于理解 和操作的详细试验方法，比美国f m v s s 法规更加便于操作。 我国的法规体系( f m v s s ) 主要以欧洲法规为蓝本，参考美国法规并 结合我国自身情况制定。 汽车碰撞安全法规的制定和实施有力地促进了世界各汽车工业发达国 家汽车安全性能的普遍提高，但法规仅仅能提供车辆的合格与否的信息，不 对碰撞性能的好坏提供评价依据。因此许多汽车工业发达国家都制定了新车 评价程序- n c a p ，对车辆的安全性进行等级划分为消费者提供更好的车 辆安全性评价依据。 安全法规及n c a p 对降低交通事故率有着极其重要的作用。 2 2 国外汽车正面碰撞安全法规 制定汽车被动安全法规方面，欧美所开展的工作比较早。迄今为止在 美国联邦机动车安全法规( f e d e r a lm o t o rv e h i c l es a f e t ys t a n d a r d s ，简 称f m v s s ) 中，有关被动安全的法规近3 0 项，已形成了完整的体系。欧洲从 2 0 世纪6 0 年代后期开始制定被动安全法规，它们参照美国法规并根据自身 特点加以修正，经过多年的研究、实施，如今也形成了比较完善的被动安全 法规体系( e c e 和e e c ) 。此体系除了侧撞安全法规外，其它各项与美匡l 被 动安全法规无本质区别“。其它如日本、加拿大、澳大利亚等国家的法规基 本上是参考美国和欧洲的法规制定的。 表2 一1 分别列出了各国汽车f 面碰撞试验方法与评价指标比较。 西华大学硕士学位论文 表2 一l 各国汽车止面碰撞试验方法与评价指标比较 t a b l e 2 - 1t e s t m e t h o da n de v a l u a t e o f f r o n t a li m p a c t f o r v e h i c l e i nd i f f e r e n t c o u n t r y 法规号f f v s s 2 0 8t r i a s l l 4 3 0 e c er 9 4 0 0e c er9 4 0 1 ( 美国)( r 本) ( 欧洲)( 欧洲) 项目名称 正面碰撞乘正面碰撞乘 碰撞时的乘员正面碰撞的安 保护全标准 员保护员保护 ( 1 9 9 5 )( 1 9 9 8 ) 嘲 唰 画炉 碰撞形态 面 与可变形吸 1 3 0o 角左右 3 0o 倾斜块障 能障碍壁发 倾斜块碰撞 正面碰撞碍壁碰撞( 带生偏置碰撞。 2 e 面碰撞 防侧滑装置)重叠系数为 障碍壁 碰撞速度 4 8 3k m h5 0k m h5 0k m h5 6 k r a h 门窗关闭不门窗关闭不 门窗状态门窗关闭不锁门窗关闭不锁 锁锁 h i c 1 0 0 0 ( 计h i c 1 0 0 0 ( 计 h i c 1 0 0 0h i c 1 0 0 0 头部 算时间3 6 m s 以算时问3 6 m s 以( 计算时间( 计算时间 h i c 内) 内)3 6 m s 以内)3 6 m s 以内) 胸部 8 3 。；_ 6 0 9a ) 。，_ 6 0 9a 3 。：_ 6 0 9 a3 m s 6 0 9 伤害a3 m s 指标 大腿 轴向 s 1 0 k n1 0 k n1 0 k n兰1 0 k n 压力 西华大学硕士学位论文 配备自动安 胸部 全带的车辆 s 5 0 r a m ； 压缩7 6 ，2r l l l l l 7 5r f l m7 5n l f f i 气囊加普通 里 安全带车辆 5 0 r a m 除同e c e 试验后车门 r 9 4 0 0 相同 可打丌，安全 的以外，还要 其他性能要 试验时假人不 安全带不脱带锁扣丌启 求假人不损 落，假人不损力不超过 坏；转向机 求 被甩出车外构：上移 蛔i 6 0 n ，燃油泄 l o o m m 以下， 露不超过 后移l o o m m 3 0 9 m i n 以下，翻转 2 5o 以下 美国联邦运输部国家交通安全局( n h t s a ) ，1 9 6 8 年率先颁布了f m v s s 2 0 8 汽车碰撞安全法规，采用车速为4 8 3 k m h 的碰撞速度进行刚性固定壁障 碰撞试验，要求在前方左、右3 0 0 范围内发生的碰撞事故都满足乘员保护要 求，一般要使用0 0 、左3 0o 和右3 0o 三个碰撞试验验证车辆正面碰撞安全 性。美国f m v s s2 0 8 法规中对汽车j 下面碰撞安全性能的评价是比较全面的。 到2 0 0 0 年美国国家公路交通安全管理局出台了联邦机动车安全标准：乘员 碰撞保护法规。浚法规规定了为改善对不同身材、系和未系安全带的乘员的 保护而进行不同试验的要求。该法规目前主要针对的碰撞事故的类型是前碰 撞，但发展的重点是侧面碰撞保护、行人碰撞保护以及货车和多用途车的安 全性及车辆稳定性等。 欧洲在研究j 下面碰撞安全法规时比较重视实际的交通事故形态，提出了 与实际交通事故最为接近的偏置变形壁障碰撞试验方法。但是由于偏置变形 9 两华大学硕士学位论文 壁障碰撞试验方法对碰撞试验条件的控制十分苛刻，当时的碰撞试验设备无 法满足改实验要求。故在1 9 9 5 年颁柿e c er 9 4 0 0 时先采用了车速为 5 0 k m h 的3 0o 斜角碰撞试验方法作为过渡但是欧洲专家认为，美国的 f m v s s2 0 8 中的3 0 0 斜角碰撞试验中光滑的斜角壁障由于碰撞车辆产生滑移 而减轻了车辆碰撞的强烈程度，使实验结果与实际交通事故不同，为了防止 斜角碰撞中车辆前端面的滑动，欧洲e c er 9 4 0 0 中的3 0 0 斜角壁障上装设 了标准的防滑块阻止碰撞中试验车前端面的滑动。到1 9 9 8 年，e c er 9 4 0 1 中采用了车速为5 6 k m h 的4 0 偏置变形壁障碰撞试验替代原来法规 e c e r 9 4 0 0 中的3 0o 斜角带防滑块碰撞试验。 日本虽是汽车工业比较发达，但实车碰撞研究工作却比欧美晚，其法规 基本是参照了美国f m v s s2 0 8 法规。另外，与欧美不同的是，由于l = i 本国土 狭窄。所以日本道路车辆安全标准特别重视汽车与行人及摩托车之间的碰撞 安全，对汽车外凸物等的规定特别详细。 2 3 新车评价程序一n c a p n c a p ( n e wc a ra s s e s s m e n tp r o g r a m ) 最早出现在美国随后欧洲和r 本等国家也制定并实施了相关的n c a p 。n c a p 主要是通过对车辆进行不同形式 的碰撞试验，采集分析试验数据，然后对车辆进行客观科学的评价，并最终 为车辆的安全性能评出分数等级。n c a p 与政府的法规标准最大的不同之处， 便是对车辆安全性能的定量分析，最终以分数形式直观地表示结果：而政府 的法规标准只有合格与不合格之分，对于合格的车辆也只能表明其满足安全 标准的最低要求。 2 3 1 各国的n c a p 状况 出于地区差异，各圉实行的n c a p 也不尽相同 以及评分细则上都会有差异。 1 ) 欧洲的n c a p 欧洲在1 9 9 6 年开始实施并推广n c a p 评价体系 亚，但是其影响力是最大的。 o 在撞击速度、撞击形式 虽然晚于美国和澳大利 两华大学硕十学位论文 欧洲n c a p 是一个行业性组织，由欧洲各国汽车联合会、政府机关、消 费者权益组织以及汽车俱乐部等组成。不依附于任何汽车生产企业，试验结 果具有绝对的公证性。n c a p 不定期对已经上市的新车和进口车进行碰撞试 验，允许厂家的产品有多次碰撞机会，在每次碰撞后，厂家都会对产品进行 改进，然后再次做试验，以获得最好成绩为准。 试验项目主要包括：4 0 偏置碰撞、侧面碰撞和行人保护试验，除此之 外还有侧面柱碰撞为选做试验，可以获得加分。 4 0 偏置碰撞是将试验车辆以6 4 k m i h 的速度撞击蜂窝铝固定壁障，蜂 窝铝模拟的是车辆前端的平均刚度，撞击时与车身正面4 0 重合，位于驾驶 席一方。通过试验假人测得的乘员安全性最高可以得到1 6 分。 侧面碰撞是将重9 5 0 k g 的塑性移动壁障( 相当于一辆微型轿车) ，以 5 0 k m h 的速度撞击试验车辆的侧面角度位置有明确的要求，通过试验假人 测得的乘员安全性最高可以得到1 6 分。侧面柱碰撞主要是针对配有侧面头部 气囊的车辆进行，是一项选做试验，做此试验的车辆最高能够获得2 分的加 分。 另外，安全带系统是否带有预紧装置、是否具有未系提示功能等，存在 3 分的潜在加分，这样，n c a p 的满分为3 7 分，转换成星级评价为： 1 8 分( 乘员严重伤害概率大于等于4 6 ) 9 1 6 分( 乘员严重伤害概率为3 6 4 5 ) 1 7 2 4 分( 乘员严重伤害概率为2 1 3 5 ) 2 5 3 2 分( 乘员严重伤害概率为1 1 2 0 ) 3 3 3 7 分( 乘员严重伤害概率小于等于1 0 ) 行人保护试验是将试验车辆以4 0 k m h 的速度撞击步行儿童及成人模型。 计算保险杠、发动机舱盖等处的受力情况，评价行人身体各部位( 头部、腿 部等) 的伤害值，最终以星级的方式表达出来。不过，总的来看，车辆对行 人的保护不够理想。好的和差的之问相差不是十分明显，欧洲方面也在考虑 将测试方法及评分标准降低以突出车辆之间的差距。 2 ) 美国的n c a p 美国是世界上最早研发并应用n c a p 评价体系的国家，早在1 9 7 9 年便开 西华大学硕士学位论文 始应用新车评价程序当时只包括f 面碰撞；1 9 9 4 年丌始使用星级评价：1 9 9 7 年丌展侧面碰撞安全评价。其i t c a p 中规定的碰撞速度由4 8 3 k m h 提高到 5 6 k m h 。目前，美国参与新车评价的一共有三个机构：美国高速公路安全管 理局( n h t s a ) 、保险业非盈利团体高速公路安全保险协会( i i h s ) 和消费者 报告。 高速公路安全管理局相当于我国的交通部，官方性质比较浓，主要从事 与交通安全有关的数据统计、研究以及制定法规等工作，对车辆的测试主要 包括正面碰撞、侧面碰撞以及抗翻滚等，评测结果一般也用星级来表示，最 高五星，最低一星。 高速公路安全保险协会也对车辆进行必要的试验，主要是传统的左右 3 0 。倾角范围内的f 而碰撞，结果用“最小接受指数”来表示，并提供给保 险公司，从而为各车型定保提供依据。 消费者报告是一个独立的导购类杂志，标榜不接受汽车厂商的赞助和广 告，完全从消费者的利益去评价汽车的安全性能。测试车辆一般都是自己买 来的，测试内容主要是耐用性和可靠性。有关安全方面的数据，主要借鉴高 速公路安全管理局和高速公路安全保险协会的测试结果。 3 ) f i 本的n c a p 日本新车评价程序( j n c a p ) 由f i 本国土交通省和独立法人汽车事故 对策机构共同实施，地点设在茨城县筑波市的日本汽车研究所( j a r i ) 内 1 9 9 5 年开始正面安全评价，1 9 9 9 年开展侧面安全评价。评测结果每年春天通 过三种途径公布：汽车评价结果( 收费) 、简易宣传手册( 免费) 和因特网。 j n c a p 试验项目主要包括：f 面碰撞、偏置碰撞、侧面碰撞、制动性能 和行人头部保护。正面碰撞与我国实施的1 0 0 重叠f 面碰撞相似，都采用 刚性的固定壁障，不过碰撞速度比我国略高，为5 5 k m h 。偏置碰撞基本与欧 洲相同，碰撞速度为6 4 k m h ，壁障为蜂窝铝，偏置重合量为4 0 。侧面碰撞 同样采用9 5 0 k g 的塑性移动壁障，碰撞速度为5 5 k m h 。制动性能测试主要测 量车辆l o o k m h o 的制动距离，分为干路面和湿路面两种。行人头部保护试 验是2 0 0 4 年新增加的试验项目，以3 5 k m h 的速度用模拟假人头部的冲击锤 碰撞发动机舱( 相当于车辆以4 4 k m h 的速度撞人) ，测量伤害值。 帕华人学硕十学位论文 4 ) 澳大利亚的n c a p 澳大利亚实施n c a p 是在1 9 9 3 年，比欧洲略早，但是在具体的实施细则 以及评分方法方面，基本与欧洲相同。国际上也不约而同不同程度上将澳 大利亚的n c a p 划归为欧洲体系。 5 ) 韩国的n c a p 韩国汽车工业的飞速发展与积极实施n c a p 评价系统有很大的关系，虽 然n c a p 只对车辆的安全性能进行评 9 1 【l ，但是能够影响汽车韦4 造厂对整车质量 的注重。韩国新车评价程序( k - n c a p ) 是在1 9 9 9 年开始实施的，主要包括5 方面的测评。 正面碰撞安全性能：采用5 6 k m h 的速度( 高于法规的4 8 k m h ) ，撞击 刚性固定屏障，评测结果以星级表示五星最高，一星最低。 2 4 我国汽车碰撞安全法规 由于我国目前实施的是产品认证制度，与欧洲基本相同，因此参考欧洲 的被动安全法规来制定我国的被动安全法规显得是顺理成章。我国强制执行 的汽车法规基本上都是按照欧洲法规并结合我国自身情况而制定的。但欧洲 的被动安全法规不如美国的完善，且我国的情况与欧美都不尽相同，因此在 1 9 9 8 年9 月的讨论中，以欧洲法规为蓝本，参考美国法规并考虑到我国的国 情，集编了中国汽车整车碰撞安全法规。 1 c m v d r2 9 4 的判断方法 按照c m v d r2 9 4 的技术要求，对试验车辆碰撞性能的评价还可以分为 对车身的要求、对乘员约束系统的要求、对假人损伤指标的要求以及对燃油 泄漏的要求等。 ( 1 ) 对车身碰撞性能的要求 1 ) 在碰撞过程中车门不得刀：启。 2 ) 在碰撞过程中，门前锁止系统不得发生锁止。 3 ) 碰撞后，不使用任何工具每排车门至少有一个车门能够打开。 ( 2 ) 对乘员约束系统的要求 1 ) 碰撞后，安全带系统完好，织带不能断裂，固定点不得脱落， 州华人学硕十学伉论文 锁扣不得自动丌启或脱落，但在锁扣上施加不超过6 0 n 的压力，锁扣应能打 开。 2 ) 碰撞后不应有能够伤害假人的突出物侵入乘员室，假人应能完 好地取出。 ( 3 ) 对假人损伤指标的要求 1 ) 碰撞过程中，假人头部综合陛能指标h p c ( h i c ) 1 0 0 0 。 2 ) 碰撞过程中，假人胸部性能指标t h p c ( 胸骨相对于脊椎的压缩 量) 7 5 m 。 3 ) 碰撞过程中，假人大腿性能指标f p c ( 大腿骨的轴向压力) 1 0 k n 。 ( 4 ) 对燃油系统完整性的要求 1 ) 碰撞过程中，燃料供给系统不允许发生泄漏。 2 ) 碰撞过程结束后若燃料系统存在连续泄露那么其泄漏率 不得超过3 0 9 m i n 。 目前，我国强制性实施的汽车碰撞安全法规主要体现在c m v d r2 9 4 上， 侧碰撞法规。辛f 在计划与制定中，所以相对于欧、美、同等汽车工业发达的 国家来说，我国的汽车碰撞安全法规还欠完善。另外，我国的道路交通也有 自己的特点，应通过深入的调查研究建立相应的法规，比如，大型货车在我 国造成的交通事故死亡率很高，而死亡对象主要是碰撞中的对方，但目前缺 乏相应的碰撞法规对其进行约束：又如，我国的交通模式主要是混合交通模 式，即在普通公路上都是机动车、非机动车及行人混行的状况，而行人、骑 自行车或摩托车者在交通事故中所占的死亡人数比例也很高，但我国目前尚 未建立汽车与行人、骑自行车或摩托车者的碰撞保护评价方法。当然，还有 儿童乘员的碰撞保护问题、安全气囊的作用问题等，都是需要尽快加以研究 和立法的。因此，紧跟国际形势，并针对我国道路交通的具体实际情况，全 面制定和实施更加系统和完善的汽车碰撞安全法规，将使我国汽车行业政府 部门下一步所要加紧进行的工作。 似华大学硕十学位论文 2 5 国际及我国汽车安全技术法规的发展趋势 2 ，5 。1 世界安全法规走向： ( 1 ) 被动安全和主动安全之间的融合； ( 2 ) 减少伤亡：乘员保护；行人保护；碰撞相容性安全法规走向。 欧美日等工业强国，在不断开发研制汽车的各种先进的智能系统，以此， 减少事故发生的比率，提高乘员安全性。在提高车内驾驶员和乘员的安全同 时，欧洲、f 本等国家近两年相继出台了有关行人保护的技术法规，减少发 生碰撞时行人的伤亡事故。目前，碰撞相容性安全法规的走向为国际安全法 规的研究趋势。也就是说目前法规研究趋势，并不是单纯地、无限地提高 单车的安全性，而是考虑两车发生碰撞时，车辆能够i 吸收碰撞产生能量、减 少车辆变形，有效降低碰撞发生对人员的伤害。 2 5 2 我国今后的工作重点： ( 1 ) 我国已加入联合国“1 9 9 8 年协定书”( 2 0 0 0 年1 0 月) ，因此应密 切关注、跟踪全球统一技术法规的进程，及时研究国内情况，制定有利于提 高汽车安全性的法规。 ( 2 )