第八讲-车身结构分析汽车碰撞安全.ppt

汽车碰撞安全 碰撞安全性 1主动安全 1 汽车所具有的减少交通事故发生概率的能力 2 研究内容包括汽车的操纵稳定性能 制动性能 灯光系统和驾驶员视野性能等2被动安全 1 汽车所具有的在交通事故发生时保护乘员免受伤害的能力 2 研究内容包括车身结构抗撞性 约束系统性能 转向系统的防伤性能等 碰撞的形式 通常将汽车的碰撞形式分为正面碰撞 侧面碰撞 后面碰撞和滚翻 在交通事故中 发生不同形式碰撞的比例不同 1 正碰 占总数比例最高由于已采取了很多成功措施 人员死亡数只占汽车碰撞事故总死亡人数的比例并不高 2 侧碰 占总数比正碰少 由于对乘员的保护比正碰困难 人员死亡数占汽车碰撞事故总死亡人数的较高 3 滚翻 发生的比例虽很小 但死亡率很高 死亡人数占碰撞事故死亡总人数的 多数是由于乘员被甩出乘员舱造成的 4 后碰 发生的比例也很小且通常是低速碰撞 死亡比例低 颈部的鞭梢性伤害是经常出现的伤害形式 汽车被动安全法规 目前 关于汽车被动安全性要求的公开规范主要有法规和民间性质评价程序 规定了对汽车被动安全性的要求和规范化的试验方法 为车身结构抗撞性设计指明了目标 1 汽车产品认证制度 是国家对汽车产品管理的一种方式 产品只有通过认证 才能在市场上销售 汽车安全法规已经成为推动汽车工业技术进步和不断提高汽车安全性的主要动力之一 2 汽车安全性法规中比较有代表性的是美国联邦机动车安全法规 FMVSS 欧洲法规 ECE 1 美国汽车被动安全法规 2 欧洲汽车被动安全法规 3 我国汽车被动安全的强制性标准和法规以欧洲ECE EEC汽车技术法规体系为主要参考 在具体内容上紧跟欧 美 日三大汽车法规体系的协调成果 从1993年第一批强制性标准发布以来 汽车安全方面的标准共有66项 其中主动安全23项 被动安全24项 一般安全19项 驾驶员碰撞伤害原因 1 生存空间丧失 乘员舱外部结构的侵入或乘员舱的变形 导致乘员生存空间的丧失 使乘员受到挤压或撞击 2 碰撞中 乘员生存空间未丧失情况下 乘员与汽车内部结构的碰撞或被抛出车外被称为二次碰撞 这也是造成碰撞中乘员伤害的一类主要原因 措施 座椅和安全带对乘员的约束 通过内部吸能装置 3 碰撞后不能快速逃逸与被救援 4 碰撞火灾 碰撞伤害机理 1 头部 2 颈部伤害 3 胸部损伤 4 腹部损伤 5 其他部位损伤 碰撞人员损伤评价指标 1 碰撞人体响应的安全指标A 汽车安全法规是以人体响应为核心定义的 人体响应安全指标A 为实际测得的指标 为法定规定的指标 碰撞人员损伤评价指标 2 脑损伤 引入加权方法的碰撞加速度对事件的积分值来评价伤害指数 其中为a加速度 为n加权因子 史坦尔克提出 侧向加速度达到76g 撞击时间超过20ms的为阀值 超过此限值 人脑的伤害不可逆 碰撞人员损伤评价指标 头部撞击时SI 1000为脑震荡容许值 HIC值是碰撞过程中头部受到加速度的综合反映 和碰撞速度和作用时间相关 时间足够大才能满足要求 颈部损伤示意图 1 100正面碰撞 1 在这项试验中 可以得到的最高分数为18分 2 前排假人可以得到的最高分数为16分 评分部位为假人的头部 颈部 胸部 大腿部和小腿部 每个部位最高得分分别为5分 2分 5分 2分和2分 3 第二排女性假人可以得到的最高分数为2分 按照女性假人身体区域被分为头部 颈部 胸部 每个部位最高得分分别为0 8分 0 2分 1分 头部评分 1 高性能限值 头部伤害指数 HIC1000 3ms合成加速度值88g 3 转向管柱向上位移量罚分 72mm0 88mm1对于中间值 采用线性插值的方法得出相应分数 并采用四舍五入的方法保留到小数点后两位 颈部评分 1 高性能限值 剪切力Fx1 9kN 0msec 1 2kN 25 35msec 1 1kN 45msec 张力Fz2 7kN 0msec 2 3kN 35msec 1 1kN 60msec 伸张弯矩My42Nm 2 低性能限值 剪切力Fx3 1kN 0msec 1 5kN 25 35msec 1 1kN 45msec 张力Fz3 3kN 0msec 2 9kN 35msec 1 1kN 60msec 伸张弯矩My57Nm 胸部评分 1 高性能限值 压缩变形量22mm 粘性指数 VC 0 5m s 2 低性能限值 压缩变形量50mm 粘性指数 VC 1 0m s 3 转向管柱向上位移量罚分 90mm0 110mm1 4 A柱向后位移量罚分 100mm0 200mm2对于中间值 采用线性插值的方法得出相应分数 并采用四舍五入的方法保留到小数点后两位 腹部评分 1 该部位最高得分为4分 最低得分为0分 假人腹部得分通过测量假人相关指标而产生 其评价指标为腹部力 其对应最高分为4分 采用高性能限值和低性能限值来计算 2 高性能限值 腹部力1 0kN低性能限值 腹部力2 5kN 大小腿评分 1 大腿 1 高性能限值 大腿压缩力3 8kN 膝盖滑动位移6mm 2 低性能限值 大腿压缩力9 07kN 0msec 或者7 56kN 10msec膝盖滑动位移15mm2 小腿 1 高性能限值 胫骨指数 TI 0 4 小腿压缩力 2KN 2 低性能限值 胫骨指数 TI 1 3 小腿压缩力 8KN 大小腿评分 1 大腿 小腿罚分踏板向后位移量罚分 100mm0 200mm1踏板向上位移量罚分 72mm0 88mm1 骨盆评分 1 该部位最高得分为4分 最低得分为0分 假人骨盆得分通过测量假人相关指标而产生 其评价指标为耻骨力 其对应最高分为4分 采用高性能限值和低性能限值来计算 2 高性能限值 耻骨力3 0kN低性能限值 耻骨力6 0kN 对汽车碰撞性能提出的要求 1 对正面障碍物的冲击 1 试验中 汽车以48 3km h的车速撞击障碍物 转向柱相对驾驶室的移动量不超过12 7cm 2 风窗玻璃安装条完整性 3 燃料系试验车加满90 95 的油量冲击试验燃油不超出30ml 冲击后静力翻车试验转270度 每次90度 在此头5分钟流出量小于150ml 以后每分钟不超出30ml 100 正面碰撞 1 试验车辆100 重叠正面冲击固定刚性壁障 试验速度不得低于50km h 2 试验车辆到达壁障的路线在横向任一方向偏离理论轨迹均不得超过150mm 3 在前排驾驶员和乘员位置分别放置一个HybridIII型第50百分位男性假人 用以测量前排人员受伤害情况 在第二排座椅最左侧座位上放置一个HybridIII型第5百分位女性假人 用以测量第二排人员受伤害情况 在第二排最右侧座位上放置一个P系列3岁儿童假人 用以考核员约束系统性能及对儿童乘员的保护 GB11551 2003 我国参照欧洲的ECER94法规制定了国家强制标准GB11551 2003 乘用车正面碰撞的乘员保护 40 正面碰撞 1 试验车辆40 重叠正面冲击固定可变形吸能壁障 碰撞速度为63 65km h 2 偏置碰撞车辆与可变形壁障碰撞重叠宽度应在40 车宽 20mm的范围内 3 在前排驾驶员和乘员位置分别放置一个HybridIII型第50百分位男性假人 用以测量前排人员受伤害情况 在第二排座椅最左侧座位上放置一个HybridIII型第5百分位女性假人 用以测量第二排人员受伤害情况 对汽车碰撞性能提出的要求 前碰载荷传递路径 前碰 后碰 1 将试验车辆驾驶员侧座椅及约束系统仿照原车结构 固定安装在移动滑车上 滑车以速度变化量为16km h的特定加速度波形发射 模拟后碰撞过程 2 座椅上放置BioRIDII型假人 通过测量后碰撞过程中颈部受到的伤害情况 用以评价车辆座椅头枕对乘员颈部的保护效果 对汽车碰撞性能提出的要求 2 后碰车辆解除制动 变速器置空档 受到48 3km h 8800kg的摆锤或障碍物冲击燃料不得超出正碰规定 后碰 后碰载荷传递路径 可变壁障侧碰 1 移动台车前端加装可变形吸能壁障冲击试验车辆驾驶员侧 移动壁障行驶方向与试验车辆垂直 移动壁障中心线对准试验车辆R点 碰撞速度为 试验速度不得低于50km h 移动壁障的纵向中垂面与试验车辆上通过碰撞侧前排座椅R点的横断垂面之间的距离应在 25mm内 2 在驾驶员位置放置一个EuroSIDII型假人 用以测量驾驶员位置受伤害情况 在第二排座椅被撞击侧放置SID IIs D版 假人 用以测量第二排人员受伤害情况 详见第四章规定的碰撞试验方法 对汽车碰撞性能提出的要求 3 侧向移动障碍物对汽车的冲击 32 2km h 8800kg的障碍物沿垂直汽车纵轴方向冲击汽车 接触面 燃油流出量不超出正碰规定 可变壁障侧碰 侧碰载荷传递路径 可变壁障侧碰 可变壁障侧碰 对汽车碰撞性能提出的要求 4 车顶抗压强度 加载的力为1 5倍车身或22240N之间较小者位移量不超出127mm 前视 侧视 抗压传递路线图 车门铰柱静力强度测试 按照国标GB15086 2013规定 1 车门铰柱可承受11000N的纵向载荷 铰柱机构不脱开 2 车门铰柱可承受9000N的垂直向载荷 铰柱机构不脱落 车顶抗压强度 对汽车碰撞性能提出的要求 翻滚试验示意图 台车 对汽车碰撞性能提出的要求 5 车内乘员保护人头模型已24km h的速度撞击仪表等 若任何时刻人头产生的加速度值超过80g 那么持续时间不得超过3ms 碰撞人员损伤评价指标 2 胸部忍受撞击的评价价指标 FMSS208规定 碰撞时间大于30ms的加速度不得超过60g 胸部压缩量小于76 2mm 3 其他部位的撞击极限性能指标 车身抗撞设计要求 1 正碰 1 确保乘员生存空间 减小乘员舱变形和对乘员舱的侵入 2 减小车身减速度 3 碰撞过程中车门不能打开 碰撞后可以不使用工具可以打开车门 车身抗撞设计要求 车身抗撞设计要求 2 抗侧面碰撞设计应当以减小乘员舱侵入 维持乘员生存空间为重点1 减小侧围结构对乘员舱的侵入量 防止侵入量过大时对乘员的挤压伤害2 减小侧围结构对乘员舱的侵入速度 特别是与乘员接触时车门的速度 减轻对乘员的撞击力3 碰撞过程中车门不能打开 碰撞后可以不使用工具打开非碰撞侧的车门 车身抗撞设计要求 3 后碰 1 减小乘员舱变形 通常用后排座位R点的前移量来衡量 2 减小碰撞中车身的减速度 减轻乘员的鞭梢性伤害 3 碰撞中维持油箱的存放空间 减小对油箱 油路挤压 车身抗撞设计要求 4 碰撞后翻车或道路侧翻1 减小乘员舱的变形量 特别是车顶的变形2 要求碰撞过程中车门不能打开 碰撞后可以不使用工具打开车门 车身抗撞设计要求 5 低速碰撞 1 主要避免汽车重要部件的损坏 减少因撞车带来的维修费用 2 要求设置低速碰撞吸能区 使低速碰撞车辆的动能主要通过低速碰撞吸能区的变形被吸收 并尽量不使低速碰撞吸能区后部的车身主要结构发生永久变形 车身抗撞设计要求 6 撞行人时 汽车对行人的伤害一般包括 1 一次碰撞时由保险杠 前散热器罩和发动机罩前端等产生的下肢伤害 2 行人与发动机罩 挡风玻璃等二次碰撞时的头部伤害 3 受撞击后的行人与路面三次碰撞产生的伤害车身结构设计时应将相关部位的刚度设计得软些 以缓冲对人体的撞击 在行人保护措施中 应防止凸出物对行人伤害 汽车碰撞安全改进措施 碰撞安全分两部分进行 一是汽车车身结构缓冲设计和吸能设计 二是对车内人员进行的保护性设计 第一项措施 1 保险杠 2 车头车尾软设计 防止发动机进入驾驶室 3 薄板截面和厚度设计 4 薄壁件预变形技术设计 强化和弱化一些部位 使产生皱纹增大吸能量 5 焊点和焊接形式设计 6 结构吸能设计 汽车碰撞安全改进措施 第二项措施 汽车乘员保护 1 采用带缓冲装置的安全转向机构 2 采用安全带安全气囊 3 座椅设计 刚度足够 考虑安装强度 4 座椅头枕设计 5 仪表系列软化 抗冲击 不宜破碎 6 提高车顶抗撞压能力 防侧碰B柱和门纵梁加强 1 碰撞区域 预留变形空间 基于行人保护的发动机罩铰链的设计 基于行人保护的各种发动机罩内板加强筋 基于行人保护保险杠 车身耐撞性设计 车身耐撞性设计 乘员约束与保护系统 人为地控制与约束乘员在碰撞过程中的运动响应 用各种保护装置尽可能地降低伤害 可溃式转向管柱 可溃式踏板 安全座椅 正面安全气囊 侧面安全气囊 行人保护系统 车身耐撞性设计 行人安全气囊 主动式发动机罩 行人探测仪 带有缓冲减震器的保险杠 车身抗撞设计要求 行人撞压模块图 吸能保险杠设计 1 吸能保险杠 2 吸能保险杠安装波纹管 3 撞行人车头部软设计 3 其它措施发动机前置前驱动汽车的动力总成位于发动机舱中 在碰撞中基本不变形 为防止动力总成侵入乘员舱 可采取措施使其受到撞击后向后下方移动 碰撞时能使发动机向下移动的结构措施 薄壁材料折叠压缩变形 薄壁梁弯曲变形 不可预测 薄壁梁弯曲变形形成塑性铰 薄壁结构触发结构设计示例 碰撞分析 车身碰撞能量分析 碰撞中车辆是通过结构吸能来缓冲撞击的 了解碰撞中结构内能分析项目 1 碰撞过程中汽车总内能和总动能的变化情况 2 单个部件内能的变化情况 3 各零件吸能多少的比较 碰撞测试 车身碰撞力分析 力分析 1 分析碰撞载荷在结构中的传递情况 找到载荷传递的主要路径和次要路径 并据此开展设计 2 对于截面内力 只要定义了截面 就可以得到这个计算结果 汽车碰撞变形分析 变形分析碰撞过程中对乘员舱的侵入