正面碰撞安全性设计基础

第五章 正面碰撞安全性设计基础第五章 正面碰撞安全性设计基础 同济大学 汽车学院 朱西产 同济大学 汽车学院 朱西产 第五章 正面碰撞安全性设计基础第五章 正面碰撞安全性设计基础 汽车碰撞安全性设计基础汽车碰撞安全性设计基础 正面碰撞车身结构耐撞性设计基础正面碰撞车身结构耐撞性设计基础 约束系统设计基础约束系统设计基础 碰撞安全性设计理论碰撞安全性设计理论 Newton s First Law 牛顿第一运动定律 An object at rest remains at rest and an object in motion continues in motion with constant velocity unless it experiences a net external force Probability of Injury is Related to Deceleration Crash Basics 车辆碰撞的基本知识 Increasing the Time or Distance Over Which Deceleration Takes Place Will Reduce the Probability of Injury 乘客受伤的可能 性取决于减速度 乘客受伤的可能 性取决于减速度 增加减速过程的时间或者距离可以减少乘客受伤的可能性 Impact Velocity Interior Room Vehicle Crush Available Restraint Distance Crash Basics 车辆碰撞的基本知识 车内空间 可利用的乘客约束空间 车辆变形产生的空间 车内空间 可利用的乘客约束空间 车辆变形产生的空间 Restraint Interior Crush Distance Large Car 30 95 125 cm Small Car 22 55 77 cm Van 25 65 90 cm Truck 25 80 105 cm Available Restraint Distance 可利用的乘客约束空间 Available Restraint Distance 可利用的乘客约束空间 大型轿车 小型轿车 面包车 卡车 车内空间 车辆变形产 生的空间 有效乘客 约束空间 大型轿车 小型轿车 面包车 卡车 车内空间 车辆变形产 生的空间 有效乘客 约束空间 Perfect Occupant Crash Velocity 乘客的理想碰撞速度曲线 匀减速 Perfect Occupant Crash Velocity 乘客的理想碰撞速度曲线 匀减速 0 10 20 30 40 50 60 50050100 Time ms Velocity Kph Vehicle comes to rest prior to the occupant Vehicle deceleration is greater than the occupant 车辆先于乘客达到静止状态 车辆的减速度大于乘客 车辆先于乘客达到静止状态 车辆的减速度大于乘客 正面碰撞开发要求 US NCAP US NCAP五星要求 控制胸部加速度小于等于40g US NCAP五星要求 控制胸部加速度小于等于40g 理想的汽车正面碰撞保护系统需要 的设计空间 理想的汽车正面碰撞保护系统需要 的设计空间 保证减速度最小的理 想减速为匀减速运动 保证减速度最小的理 想减速为匀减速运动 美国美国NCAP要求的正面 碰撞速度为 要求的正面 碰撞速度为56km h 控制乘员胸部减速度 小于等于 控制乘员胸部减速度 小于等于40g 理想的正面碰撞保护 系统需要的设计空间 为 理想的正面碰撞保护 系统需要的设计空间 为30 9cm cmm a V S smga smhkmV 9 30309 0 2 39240 56 15 56 2 2 欢心鼓舞 欢心鼓舞 理想的汽车正面碰撞保护系统需要 的设计空间 理想的汽车正面碰撞保护系统需要 的设计空间 保证减速度最小的理 想减速为匀减速运动 保证减速度最小的理 想减速为匀减速运动 Euro NCAP要求的正 面碰撞速度为 要求的正 面碰撞速度为64km h 控制乘员胸部减速度 小于等于 控制乘员胸部减速度 小于等于40g 理想的正面碰撞保护 系统需要的设计空间 为 理想的正面碰撞保护 系统需要的设计空间 为40 3cm cmm a V S smga smhkmV 3 40403 0 2 39240 78 17 64 2 2 欢心鼓舞 欢心鼓舞 0 10 20 30 40 50 60 50050100 Time ms Velocity Kph Perfect Occupant 理想曲线理想曲线 Real Occupant 现实曲线现实曲线 Sensing Time 传感器检测到信号传感器检测到信号 Maximum Slope Acceleration is Higher Than Ideal 现实曲线的最大斜率大于 理想曲线 现实曲线的最大斜率大于 理想曲线 Real Occupant Crash Velocity 现实中的乘客碰撞速度 Real Occupant Crash Velocity 现实中的乘客碰撞速度 Seat Belt Acting 安全带发生作用安全带发生作用 Seat Belt Airbag Acting 安 全带及安全气囊同时发生作用 安 全带及安全气囊同时发生作用 Interior Interaction in a Crash 碰撞过程中乘客与车辆内部的接触 Interior Interaction in a Crash 碰撞过程中乘客与车辆内部的接触 Floorpan Floorpan Hidden Buckle Mounting Action Reaction Direct AB Reaction Direct S B Reaction Indirect NCAP正面碰撞试验 正面碰撞试验 56km h Test No 7339 Contract or Study Title NCAP 2011 FORD FUSION HYBRID 4 DR SEDAN Test Performer MGA RESEARCH Test Reference No BT11011701 Test Type NEW CAR ASSESSMENT TEST Test Configuration VEHICLE INTO BARRIER Closing Speed kph 56 5 Impact Angle degrees 0 Offset Distance mm 0 Version No V5 Test Objectives VEHICLE CRASHWORTHINESS AND OCCUPANT RESTRAINT PERFORMANCE DATA Test Date 1 17 2011 Contract No DTNH22 06 D 00028 Test Track Surface CONCRETE Test Track Condition DRY Ambient Temperature degrees Celsius 21 Type of Recorder OTHER Total No of Curves 227 Test Commentary TDS TDAS PRO ON BOARD DAS FUSION FORD 车重 车重 2132 Kg 前桥荷载 前桥荷载 1130kg 后桥荷载 后桥荷载 1002kg 乘员乘员 行李 行李 385kg 用司机胸部代表车内乘员的运动 用司机胸部代表车内乘员的运动 乘员胸部减速度最大值40 9g 乘员胸部减速度最大值40 9g 86 7ms 40 9 18 4ms 0ms 碰撞初始时刻0ms 碰撞初始时刻 18ms 约束起作用时刻18ms 约束起作用时刻 87ms 乘员胸部减速度最大时刻87ms 乘员胸部减速度最大时刻 汽车 乘员运动速度 汽车 乘员运动速度 乘员在碰撞发生乘员在碰撞发生18 4ms后开始减速 后开始减速 车辆在车辆在73 9ms时开始反弹 时开始反弹 乘员在乘员在86 5ms时开始反弹时开始反弹 73 9ms 86 5ms 18 4ms 74ms 车辆开始反弹时刻74ms 车辆开始反弹时刻 87ms 乘员开始反弹时刻87ms 乘员开始反弹时刻 汽车 乘员运动位移 汽车 乘员运动位移 车辆在73 9ms时最大变形71 44cm 乘员在86 5ms时最大位移96 89cm 乘员相对于汽车在93 8ms时最大位移27 85cm 车辆在73 9ms时最大变形71 44cm 乘员在86 5ms时最大位移96 89cm 乘员相对于汽车在93 8ms时最大位移27 85cm 73 9 714 4 86 5 968 9 93 8 278 5 71cm 26cm 实际与理想的差别实际与理想的差别 要达到US NCAP五星 级 实际的设计空间 达到71 26 97cm 要达到US NCAP五星 级 实际的设计空间 达到71 26 97cm 按照理想的匀减速运 动设计 要实现上述 设计目标只需要约 31cm 按照理想的匀减速运 动设计 要实现上述 设计目标只需要约 31cm 与理想的保护系统对 比 实际的设计空间 几乎是理想设计空间 的3倍 与理想的保护系统对 比 实际的设计空间 几乎是理想设计空间 的3倍 cmm a V S smga smhkmV 9 30309 0 2 39240 56 15 56 2 2 乘员胸部约束刚度曲线 乘员胸部约束刚度曲线 约束系统迟滞约束系统迟滞18 4ms 位移 位移5 18cm 乘员相对于汽车最大位移乘员相对于汽车最大位移27 85cm 乘员在相对位移乘员在相对位移26cm的位置胸部减速度最大的位置胸部减速度最大 51 8 260 40 9 278 5 对正面碰撞乘员保护不利的因素 对正面碰撞乘员保护不利的因素 约束系统的迟滞约束系统的迟滞 约束力近视为斜线 而不是理想 的矩形 约束力近视为斜线 而不是理想 的矩形 约束力是斜线的汽车正面碰撞保护 系统需要的设计空间 约束力是斜线的汽车正面碰撞保护 系统需要的设计空间 美国美国NCAP要求的正面 碰撞速度为 要求的正面 碰撞速度为56km h 控制乘员胸部减速度 小于等于 控制乘员胸部减速度 小于等于40g 约束力是斜线时 正 面碰撞保护系统需要 的设计空间为 约束力是斜线时 正 面碰撞保护系统需要 的设计空间为61 8cm 斜线的约束载荷使设 计空间增加一倍 斜线的约束载荷使设 计空间增加一倍 cmm a V S smga smhkmV 8 61618 0 39240 56 15 56 2 2 Euro NCAP要求的正 面碰撞速度为 要求的正 面碰撞速度为64km h 控制乘员胸部减速度 小于等于 控制乘员胸部减速度 小于等于40g 约束力是斜线时 正 面碰撞保护系统需要 的设计空间为 约束力是斜线时 正 面碰撞保护系统需要 的设计空间为80 6cm 斜线的约束载荷使设 计空间增加一倍 斜线的约束载荷使设 计空间增加一倍 cmm a V S smga smhkmV 6 80806 0 39240 78 17 64 2 2 约束力是斜线的汽车正面碰撞保护 系统需要的设计空间 约束力是斜线的汽车正面碰撞保护 系统需要的设计空间 乘员 降乘 Ride down 效应乘员 降乘 Ride down 效应 试验结果统计表明 增加Ride down效 率 能够有效地降低 乘员伤害 试验结果统计表明 增加Ride down效 率 能够有效地降低 乘员伤害 71cm 26cmS1 S2 理想约束系统的Ride down分析理想约束系统的Ride down分析 当S2为常数时 当S2为常数时 S1 Ride down a S1 Ride down a 增加正面碰撞的车身 变形量 控制车身冲 击波形 乘员的动 能被车身结构变形吸 收的能量 Ride down 能量 增加 有利于降 低乘员伤害 增加正面碰撞的车身 变形量 控制车身冲 击波形 乘员的动 能被车身结构变形吸 收的能量 Ride down 能量 增加 有利于降 低乘员伤害 减速度 位移 减速度 位移 A a S1S2 1 2 0 21 2 0 1 2 21 1 2 0 0 2 2 1 1 2 1 S v A SS v a S S SS S A a mv madx t v 86 7ms 40 9 18 4ms 约束系统迟滞 约束系统迟滞 18 4ms 51 8 260 40 9 278 5 对正面碰撞乘员保护不利的因素 对正面碰撞乘员保护不利的因素 约束系统的迟滞约束系统的迟滞 约束力近视为斜线 而不是理想 的矩形 约束力近视为斜线 而不是理想 的矩形 约束系统迟滞 约束系统迟滞 Sd 51 8mm 约束系统迟滞对Ride down的影响约束系统迟滞对Ride down的影响 当S1 S2为常数时 当S1 S2为常数时 Sd Ride downSd Ride down Sd aSd a 乘员约束系统的迟滞 使乘员的动能被车身 结构变形吸收的能量 Ride down能量 减 小 不利于降低乘员 伤害 乘员约束系统的迟滞 使乘员的动能被车身 结构变形吸收的能量 Ride down能量 减 小 不利于降低乘员 伤害 1 2 0 21 2 0 1 2 21 1 1 1 2 0 0 2 2 1 1 2 1 S v A SSS v a SS S SSS SS AS SSa mv madx d d d dd t v 减速度 位移 减速度 位移 A a S1S2 Sd 51 8 260 40 9 278 5 对正面碰撞乘员保护不利的因素 对正面碰撞乘员保护不利的因素 约束系统的迟滞约束系统的迟滞 约束力近视为斜线 而不是理想 的矩形 约束力近视为斜线 而不是理想 的矩形 理想的