《汽车被动安全性》PPT课件.ppt

汽车被动安全性 概述 被动安全性 事故后汽车安全性 含义 事故发生时保护乘员和步行者 使直接损失降到最小的性能 为防止事故后出现二次伤害的安全性 还应考虑防止事故车辆火灾以及迅速疏散乘客的性能 分类外部安全性 包括一切旨在减轻在事故中汽车对行人 自行车和摩托车乘员的伤害而专门设计的与汽车有关的措施 决定因素包括碰撞后汽车车身变形的状态 汽车车身外部形状 内部安全性 包括事故中使作用于乘客的加速度和力降低到最小 在事故发生以后提供足够的生存空间 以及确保那些对从车辆中营救乘员起关键作用部件的可操作性等有关措施 决定因素包括车身变形状态 客厢强度 碰撞发生时发生后的生存空间尺寸 撞击面积 车内部 转向系统 乘员的解救 防火 被动安全性 汽车碰撞安全性 汽车的被动安全性常和汽车碰撞事故联系在一起 汽车碰撞分类 汽车发生碰撞时乘员受伤害原因 在碰撞时 汽车结构发生变形 汽车构件侵入乘客空间 使乘员受到伤害 碰撞时 由于汽车结构破坏等原因 使得乘员的部分身体或全部身体暴露在汽车外面受伤 在碰撞作用下 汽车的速度急剧减小 这使乘员由于惯性作用继续前移与汽车内部结构碰撞而造成伤害 汽车被动安全系统 安全车身结构 减缓一次碰撞的强度 减少一次碰撞带来的伤害 确保汽车乘员的生存空间 并保证发生事故后乘员能够顺利逃逸 具体措施包括增大塑性变形 吸收更多的能量 保证乘员生存空间 车身结构的安全性如何 在一定程度上影响到交通事故对乘员所造成的危害程度 车身的安全设计水平 很大程度上决定了车辆的被动安全性能 因此在汽车车身机构的布设上 人们的要求从美观 舒适进而发展到追求高的安全性 乘员保护系统 使用安全带 安全气囊等保护装置对驾驶员及乘员加以保护 以减少二次碰撞造成乘员破损或避免二次碰撞 具体措施包括配置安全带 安全气囊和安全转向柱等 以达到保护驾驶员和乘员的目的 2安全的车身结构 安全的车身结构 就是利用车身的前后部的变形有效地吸收撞击能量 降低事故时人体的减速度 同时车室坚固可靠 确保乘员的有效生存空间 从车辆的被动安全性考虑 对汽车外部设计的最基本要求应是使碰撞的不良后果减轻到最低程度 设计原则 车身应与安全带 安全气囊 能量吸收式转向系等围绕乘员的一些装置进行匹配 完成以下三个功能 车身前部构件尽量吸收撞击能量 缓解乘员受到的冲击 增大乘员室刚度 确保乘员的有效生存空间 同时还必须保证碰撞后乘员易于逃脱和容易进行救护 碰撞发生后 结构允许破坏 但要严格控制破坏后的变形 防止车轮 发动机 变速箱等刚性部件侵入驾驶室 安全的车身结构 1 车身的变形特性 汽车的碰撞形式 前碰撞 包括偏置碰撞和正面碰撞 侧面碰撞和追尾碰撞 车撞人和翻车等 包含所有伤害类型的碰撞事故的概率分布图 汽车发生前碰撞的概率在40 左右 安全的车身结构 1 车身的变形特性 正面碰撞概率分布图 正面碰撞在汽车事故中发生频率最高 16 采用适当的正面碰撞保护措施 可明显减少因交通事故造成的人员伤亡 具体有 正面碰撞时 车身前部结构和能量吸收及驾驶室变形密切相关 碰撞能量靠物件的弯曲变形来吸收 因此在设计时 应对前部构件进行优化 确定其最佳形状 厚度等 以提高其能量吸收能力 使作用于乘员上的力和加速度降到规定的范围内 安全的车身结构 1 车身的变形特性 汽车前部如发动机 变速箱 差速器 行走部分等质量较大 是不产生变形的部件 在碰撞时不吸收能量 从而使车身的压溃变形量变小 为防止这些部件侵入驾驶室 必须采取相应措施使之向下转移 安全的车身结构 1 车身的变形特性 侧面碰撞侧面碰撞车身变形空间小 装饰件和结构件所能吸收的能量有限 对乘客危害较大 因此 增加车室刚度 保证乘员的有效生存空间显得尤为重要 实现侧面碰撞防护的指导思想 将侧碰力有效地转移到车身具有保护作用的梁 柱 地板 车顶及其他部件 使撞击力被这些部件分散 吸收 从而极大限度的把可能造成的损害降低到最小程度 安全的车身结构 1 车身的变形特性 侧面碰撞提高侧面碰撞性能可采取的措施 车门和立柱应有足够大的刚性 在碰撞时不应发生大的变形 考虑到侧撞时乘客可能会撞击到车门内板 车门内板柔软 采用防侧碰安全气囊 来减轻乘员因二次碰撞造成的伤害 安全的车身结构 1 车身的变形特性 追尾碰撞一般碰撞速度较低 且尾部有足够多的碰撞吸能区间 因此其吸能设计相对前部较低 设计要求 由于乘员伤害主要是颈部冲击损伤 尾部区段应尽量软化 保证发生追尾碰撞时行李箱边缘不能穿过后窗而撞入车厢内 并保证燃油系统的完整性 安全的车身结构 1 车身的变形特性 碰撞安全法规保护人群 乘员 路上行人碰撞类型 前碰撞和侧面碰撞车型 针对轿车 目前 指定的我国 起步较晚 2002年实施 内容只是车辆前部正面碰撞 最主要的法规 关于正面碰撞乘员保护的设计规则 安全的车身结构 2 车身结构安全设计 从汽车的碰撞安全性考虑 分为A区即乘客安全区和B区即缓冲吸能区 为保证乘员安全 要求车身的前后部能有效吸收碰撞能量 车室要坚固可靠 确保乘员的有效生存空间 A区变形小 B区刚性足够小 变形足够大 存在着矛盾 安全的车身结构 2 车身结构安全设计 B区外柔内刚的结构 即B区和A区交界处设计成具有较大刚性的结构 外围设计成具有较小刚性和较好缓冲吸能的机构 安全的车身结构 2 车身结构安全设计 汽车碰撞安全性设计和改进的基本目标 合理设计汽车的结构 车身结构方面的措施 前保险杠 减轻一次碰撞的伤害程度 吸能保险杠 按照吸能材料和作用原理 可分为 阻尼型 在保险杠和车身之间加装油压或液气阻尼元件 阻尼器 通过油的粘性阻尼力抵抗碰撞 吸收碰撞能量 特点 能量吸收率高 车身部分变形量小 热敏性能稳定 安全的车身结构 2 车身结构安全设计 弹性型 在保险杠内填充泡沫塑料 蜂窝结构材料等吸能材料 特点 结构简单 质量轻 成本低 对上下左右各方向的碰撞均有能量吸收能力 弹性 阻尼型 2 车身结构安全设计 波纹管型 在保险杠内加装几个矩形波纹管 通过波形管的变形来吸收碰撞能量 柔性型 采用合成材料制成 通过保险杠本体材料变形来吸收碰撞能量 碰撞后可恢复原状 能量耗散型 采用金属切削或弯曲 挤压变形等手段来消耗碰撞能量 主动作用型 多与主动碰撞探测系统相连 根据探测系统对将发生的碰撞判断 通过缓冲气缸将保险杠自动弹出一段距离 2 车身结构安全设计 后保险杠 车身后部的防撞装置 倒车时侧围保险杠 车身侧面的防撞装置 防止会车时与侧面碰撞物之间的擦伤 减轻侧面碰撞冲击 减轻撞击行人的弹性装置 发动机上部及前风窗玻璃周围布置弹性材料 减轻行人撞击后再次冲击的程度 减轻二次碰撞伤害 2 车身结构安全设计 吸能车架结构 利用车架的变形吸收撞击能量 保证乘员必要的生存空间 翻车安全对策 A 加强车顶纵梁及立柱的强度和刚度B 在车顶设置翻车保护杠 汽车座椅安全带系统 汽车座椅安全带是重要的乘员保护约束系统设施之一 在减轻碰撞事故中乘员伤害程度方面起着重要的作用 统计数据表明 佩戴安全带使碰撞事故中乘员伤亡率减少15 30 发展 1922年出现在赛车上 1955年开始得到普及 1959年瑞典VOLVO三点式座椅安全带 1963年开始有有关安全带的法规 1968年美国汽车安全标准FMVSS208要求所有轿车的前方座位处必须有安全带 我国强制使用安全带条例于1993年7月开始实施 1 汽车座椅安全带分类 作用和原理作用 为了减轻乘员在二次碰撞中受到的伤害 利用安全带将乘员身体与坐席牵制在一起 减少冲击时身体位移 能有效防止乘员身体与车内构造物相碰 从而起到一定的保护作用 原理 碰撞 安全带在人体作用下产生位移 当人体作用在安全带上的力使安全带的运动速率超过一定的值后 锁止机构开始工作 安全带被锁紧 不能从卷收器中继续抽出 将乘员约束在座椅上 防止二次碰撞和被抛离座椅 1 汽车座椅安全带分类 分类按照其使用的主动性 1 主动型安全带 用人工锁扣及解扣的安全带 需要乘员的主动操作才起作用 2 被动型安全带 车门关闭或开启后自动锁扣及解扣的安全带 不需要乘员动作 按照固定安装方式 两点式三点式全背式 2 安全带组成 1 加设高度调节器优点 获得较为舒服的肩带佩带位置 改善安全带的佩带舒适性 2 加设安全带自动佩带装置 3 报警装置 4 气囊式安全带 在安全带的主要长度部分 将安全带作成可充气膨胀的气囊 安全带的宽度增加 使人体接触面加大而减少伤害 3 其他提高安全带安全舒适和方便性的方法 安全气囊系统是轿车上的一种辅助保护系统 也称空气袋 AIRBAG 当汽车遭到正面或侧面严重冲撞时导致减速度急剧变化时 气囊迅速膨胀 在驾驶员 乘员与车内构件之间迅速铺垫一个缓冲 利用气囊排气节流的阻尼作用来吸收人体惯性力产生的动能 从而减轻人体遭受伤害的程度 4 4安全气囊系统 安全气囊与座椅安全带配合使用 可为乘员提供有效的防撞保护 有效降低乘员的伤亡率 需指出的是安全气囊系统实际上是安全带的辅助装置 只有在使用安全带的条件下 安全气囊系统才能充分发挥保护乘员的作用 单独使用 减少18 的死亡率 和安全带配合使用 减少47 分类 3 安全气囊相应法规 4 安全气囊新技术 开发质量小 折叠体积小的轻小气囊 舒适性和装配性好 改进气袋的展开模式传统 充气冲出后膨胀展开 改进 先展开后膨胀 避免安全气囊展开时的冲击力和膜张力对乘员造成的伤害 5 安全带和安全气囊比较 视频 4 5汽车座椅系统 1 汽车座椅的作用 汽车乘坐舒适性 方便性和安全性 为人体提供良好的支撑 座椅通过对人体提供合理的体压分布 可以有效的保证人体在车辆行驶过程中的平衡与平稳 驾驶员的定位系统 通过座椅对驾驶员的定位 可以使驾驶员获得良好的视野 并实现驾驶员对汽车操纵系统的控制 为乘员提供舒适的乘坐环境 座椅中各种人性化的附属设备以及豪华配置 能为乘员提供优越的乘坐环境提供保证 在汽车受到撞击时最大限度的保护乘员的安全 合理的配置头枕和靠背的软垫 防止驾驶员或乘员的颈部以及头部在汽车发生碰撞时受到意外伤害 2 汽车座椅系统安全性 定义 汽车座椅在事故发生时能最大限度地减少对驾驶员及乘员造成的伤害能力 要求 满足主动安全 减轻驾驶员及乘员疲劳 和被动安全 和安全带 安全气囊一起对乘员定位的同时缓解碰撞强度 使伤害最小 满足乘坐舒适性 保证安全的驾驶姿势和保护乘员安全的功能 2 1座椅的主动安全性 座椅系统的设计与驾驶员视野 驾驶员定位以及其它汽车控制系统功能的更好发挥息息相关 这些系统之间配合的好坏也不同程度的影响座椅的主动安全性 座椅系统的安全结构 组成 座垫 头枕 靠背 调节装置 座椅总成与车身连接的固定部件等 座垫 坐垫一般不会对乘员造成直接的冲击伤害 但其结构可以影响到乘员的运动过程 以及约束力施加到乘员身体上的方式和外部载荷的绝对值大小 缓和由车身传来的冲击 一般在满足乘坐舒适性的前提下 车速越高其驾驶员座椅的坐垫倾角就越大 3 座椅系统的安全结构 头枕 在发生后部碰撞时 引起的头部与胸部加速度差值 对于颈部尤其是脊柱以及神经系统的影响却是不可忽视的 可抑制乘员头部后倾 防止或减轻颈部损伤 头枕应能够自动实现水平 垂直位置的的调整 以适应乘员位置的变化 3 座椅系统的安全结构 靠背 强度设计 柔性吸能式在低速追尾碰撞中 座椅的靠背应尽量保持柔性 以减少由于靠背刚性给人体带来的不必要的伤害 例如 乘员身体沿靠背上滑 靠背对乘员产生回弹以及乘员以非正常坐姿乘坐等刚性吸能式然而在高速追尾碰撞中 靠背应尽量保持刚性 因为 刚性靠背能够将加速度分布到人体的背部以至全身 这时人体可在胸部承受35g以上的加速度 3 座椅系统的安全结构 调节装置 座椅调节装置和靠背倾斜角调节装置 连接部件 影响到座椅本身的安全性能 要求有足够的刚度 4 座椅系统安全性能要求 体压分布要求振动特性要求强度 刚度要求 儿童安全 1 儿童安全座椅的重要性 4 6儿童安全 所有车辆的安全设施都是为成人设计的 国外试验证明 当10kg重的儿童在时速40公里的车上遭到正面撞击时 由于惯性定律 儿童将会瞬间产生30倍 300kg 往前冲的力量 如果父母抱著儿童坐在前座 即使再强壮的手臂 也无法抱住孩子 儿童可能在瞬间脱离了大人的怀抱 或被抛出车外 或撞上挡风玻璃 根据美国高速公路交通安全局数据显示 若能正确使用儿童安全座椅或卧床 可有效降低儿童车祸时伤亡率达七成以上 1 儿童安全座椅的重要性 4 6儿童安全 美国 法律规定儿童乘车时必须使用儿童安全座椅 如果汽车前座安装有双安全气囊 则必须把儿童安全座椅安装在后座上 违者罚款100 300美金 瑞典 从1982年开始就制订了法规 7岁以下的儿童乘车 车上应备有保护儿童安全的装置 到目前为止 这种安全装置的使用率已上升到95 加拿大 体重在18公斤 40磅 以下的儿童 乘车时必须坐在儿童安全座椅上 较重的儿童 则需扣上安全带 如果汽车前座安装有双安全气囊 则不能将儿童放在前排座位 违者会受到罚款处罚 2 国外儿童乘坐安全的有关规定 4 6儿童安全 澳洲 未满8岁之孩童 未使用安全座椅的罚款166澳币 德国 未满12岁且身高未满150cm之孩童 未使用的罚款80马克 英国 未满3岁之孩童 未使用安全座椅罚款20 500英镑 3岁以上未满14岁而身高未满150cm少年另有规定 法国 未满10岁之孩童 除非例外 否则均需乘坐后座 违者罚款250 1000法郎 新加坡 未满8岁之孩童均须使用安全座椅 2 国外儿童乘坐安全的有关规定 4 6儿童安全 针对儿童乘车安全的相关法规在我国一直是空白 我国的儿童座椅安全法规起草工作从2003年开始 在2007年进入立法阶段 同时 中国汽车技术研究中心汽车标准化研究所也起草了 儿童约束系统 标准 儿童安全座椅标准 属于国家强制性标准 但是时至今日 这些法规 标准都没有出台实施 国外已有超过40个国家出台了相关的法规 儿童乘车必须使用汽车儿童安全座椅 而且强制在完成正碰 侧碰 后碰后 必须进行儿童座椅的安全碰撞测试 3 我国的相关规定 4 6儿童安全 据有关部门统计 目前我国每年都有超过1 85万名14岁以下儿童死于交通事故 死亡率是欧洲的2 5倍 美国的2 6倍 交通事故已成为14岁以下儿童的第一死因 4 儿童安全座椅的分类 4 6儿童安全 根据固定方式的种类来区分的 目前共分成三种 欧洲标准的ISOFIX固定方式 美国标准的LATCH固定方式和安全带固定方式 欧洲标准的ISOFIX固定方式ISOFIX InternationalStandardsOrganizationFIX 儿童安全座椅固定系统 是欧洲从1990年开始设计实施的一种针对儿童安全座椅接口的标准 目前在欧洲地区销售的车型上都会将这个接口作为标准配置 在国内也有一部分合资汽车厂家提供了这种接口的配置 该配置的特点就是具有两个与儿童座椅进行硬链接的固定接口 4 儿童安全座椅的分类 4 6儿童安全 目前采用ISOFIX接口的主要车型有 迈腾 晶锐 标致408等 4 儿童安全座椅的分类 4 6儿童安全 美国标准的LATCH固定方式 儿童使用的下扣件和拴带 从2002年9月1日开始 美国便规定几乎所有种类的轿车必须提供LATCH系统的儿童安全座椅固定方式 它与欧洲标准的ISOFIX固定方式最大的区别是连接方式并不是硬链接而是同时挂钩方式连接 并且固定点比ISOFIX多一个 一共三个 4 儿童安全座椅的分类 4 6儿童安全 安全带固定方式这种儿童安全座椅固定方式是使用汽车上安全带 因此可以通用全世界上任何一个有安全带配置车型使用 在国内销售的很多儿童安全座椅都是只支持这种固定方式 按照儿童年龄和体重共分为5类 LATCH接口的一定也可以装ISOFIX接口的座椅 但是只有ISOFIX接口的就不能使用LATCH接口的儿童座椅 4 7转向系防伤机构 1 由来 正面碰撞时 碰撞能量使汽车的前部发生塑性变形 布置在汽车前部的转向盘 转向管柱及转向轴在碰撞力的作用下向后移动 而人体在惯性力的作用下又要向前冲 驾驶员的胸部和头部会碰撞到转向盘而受伤 在转向系中设计并安装能防止或者减轻驾驶员受伤的机构 以有效地吸收汽车正面碰撞时的碰撞能量 4 7转向系防伤机构 1 转向系防伤机构原理 一次碰撞 碰撞能量使汽车的前部发生塑性变形 安装在汽车前部的与转向器输入端相连的转向中间轴在碰撞力的作用下向后运动 隔绝一次碰撞影响的方法是通过转向中间轴的防撞结构来实现 如采用伸缩式转向中间轴 波纹管式或网格式转向中间轴和可断开式转向中间轴等 二次碰撞 碰撞继续 碰撞力作用在转向柱的下端 使转向柱向后移动 同时驾驶员在本身惯性作用下冲向转向盘 通过采用吸收冲击能量的转向盘 转向柱管结构 4 7转向系防伤机构 吸能转向盘 碰撞时 轮毂发生塑性变形吸收碰撞能量 4 7转向系防伤机构 吸能式转向柱管 是能防止或减少碰撞能量伤害驾驶员的转向柱 基本原理是当转向轴受到巨大冲击时 转向轴产生轴向位移 使支架或某些支承件产生塑性变形 从而吸收冲击能量 性能要求 正常行驶时 转向柱管及其中的转向轴有足够的强度和刚度 正面碰撞时 转向柱管系统能够从车身结构中以机械的方式脱离 正面碰撞时 转向柱管及其中的转向轴可以被压缩 转向柱管系统中应具有能量吸收元件以吸收碰撞能量 4 7转向系防伤机构 吸能式转向柱管 一般形式 伸缩型 依靠自身长度的收缩 同时借助这种收缩吸收冲击能量 波纹管型 波纹管压缩 网格式 局部强度削弱 网格状管柱 段开式 吸能原理 材料的弯曲 变形 接触摩擦 剪断 折断或以上几种的组合 4 8其他被动安全 碰撞时右腿易受创伤 甚至骨折大众公司开发了COF在受力超过临界值时 制动踏板自动脱落或折断 COF可溃缩式制动踏板 减少对头部的冲击防止火灾造成的人员伤亡 吸能内饰和阻燃内饰 汽车安全玻璃要求 爆裂后不伤害乘客和行人 保护乘员不被抛出车外 一般采用聚氨脂胶合玻璃 4 8其他被动安全 反光安全车身 反光安全车身平时和普通车身一样 但在黎明 傍晚 浓雾天气等光线不良时 可使其他车辆的驾驶员和行人在远处就能清楚地看到该反光安全车身的外观特征 大小 宽窄 长短和外形等 和运动特征 从而提高驾驶员和行人的主动观察能力和对车辆跟踪的精确度 做到及时主动避让 反光安全车身完全克服了传统车身靠车灯及位置判断机动车特征的弊端 特别是针对车辆灯光设施不齐时 驾驶员和行人判断失误多 易发交通事故的特点设计的 经测定 浓雾时反光安全车身不普通车身视野距离可提前5 30米 夜间可提高50 300米 这大大提高了车辆运动感觉和警示性 增加了安全距离 延长了驾驶员和行人的主动应变时间 提高了行车安全 4 8其他被动安全 行人安全保护 发动机罩和散热器罩过渡部位采用的吸能结构 车外安全气囊福特汽车公司正在探索的发动机罩安全气囊是在初始碰撞中为行人提供保护的一种方式 这种气囊可为中等以上身材的成年人提供腿部和臀部保护 为矮小身材的成年人及儿童提供胸部和头部保护 RescueCar技术 4 8其他被动安全 经统计 发生事故后 一般要过5min以上有关部门才能收到事故报告 研究表明 在碰撞发生后的lmin之内 由碰撞自动通知系统向有关部门发出报告 每年就可以挽救多达3000人的生命 福特汽车公司的RescueCar技术可在碰撞事故发生后立刻向有关部门报告 并在救援人员赶赴现场的途中转发伤员身体方面的重要信息 其主要技术包括 RescueCar系统在发生严重碰撞事故后可自动向事故救援调整度中心发出呼叫 报告汽车基于全球卫星定位 GPS 数据的准确位置 汽车安全的发展过程 先进安全汽车 ASV 1 世界汽车安全研究的动向 先进安全