汽车主动安全与被动安全系统

汽车主动安全、被动安全,培训内容,2020/5/30,2,2020/5/30,3,据估计全世界每年约有120万人死于汽车交通事故伤害，受伤者多达5000万人。汽车交通事故伤害的经济损失在低收入国家约占国民生产总值的1%，在中等收入国家为1.5%，在高收入国家为2%。每年全球汽车交通事故伤害的损失估计为5180亿美元。,汽车安全的意义,一、汽车安全概述,2010年，全国共接报道路交通事故3906164起，同比上升35.9%。造成65225人死亡、254075人受伤，直接财产损失9.3亿。,一、汽车安全概述,2020/5/30,4,汽车,交通安全主要影响因素,2020/5/30,5,2010年，92%的事故死亡人数因机动车驾驶人肇事导致：超速行驶、未按规定让行、无证驾驶、逆向行驶、疲劳驾驶等。,一、汽车安全概述,汽车安全,一、汽车安全概述,2020/5/30,6,行人安全,驾乘人员安全,人的安全,主动安全,被动安全,预防事故发生的安全对策。主要与汽车的制动性、行驶稳定性、操纵性、动力性、信息性以及驾驶员工作条件等相关。,事故发生后，减小事故后果的安全对策。,汽车安全分类,2020/5/30,7,一、汽车安全概述,汽车安全的发展,2020/5/30,8,汽车安全发展趋势,一、汽车安全概述,2020/5/30,9,二、主动安全技术动力学控制,1.ABS（Anti-lockBrakingSystem）防抱死制动系统,1.前轮速度传感器2.制动压力调节装置3.ABS电控单元4.ABS警告灯5.后轮速度传感器6.停车灯开关7.制动主缸8.比例分配阀9.制动轮缸10.蓄电池11.点火开关,ABS系统可自动调整车轮制动力，保证轮胎与路面间合理的滑移率（1520%），防止制动时车轮抱死产生滑移，从而使车辆失去控制造成无法转向和侧滑现象，并有效缩短制动距离。,2020/5/30,10,1.ABS（Anti-lockBrakingSystem）防抱死制动系统,制动压力调节装置,二、主动安全技术动力学控制,2020/5/30,11,1.ABS（Anti-lockBrakingSystem）防抱死制动系统,建压阶段（常规制动）,ABS工作过程,二、主动安全技术动力学控制,2020/5/30,12,1.ABS（Anti-lockBrakingSystem）防抱死制动系统,保压阶段,ABS工作过程,二、主动安全技术动力学控制,2020/5/30,13,1.ABS（Anti-lockBrakingSystem）防抱死制动系统,降压阶段,ABS工作过程,二、主动安全技术动力学控制,2020/5/30,14,1.ABS（Anti-lockBrakingSystem）防抱死制动系统,升压阶段,ABS工作过程,二、主动安全技术动力学控制,2020/5/30,15,1.ABS（Anti-lockBrakingSystem）防抱死制动系统,ABS工作循环,二、主动安全技术动力学控制,2020/5/30,16,2.EBD（ElectricBrakeforceDistribution）电子制动力分配控制系统,是ABS的辅助功能。EBD能够在汽车制动时根据车轮载荷的变化自动调节各车轮间制动力，保证较高的车轮附着力，提高制动稳定性。,二、主动安全技术动力学控制,2020/5/30,17,在车轮部分制动时，EBD功能就起作用，当ABS起作用时，EBD即停止工作。,2.EBD（ElectricBrakeforceDistribution）电子制动力分配控制系统,二、主动安全技术动力学控制,2020/5/30,18,是ABS的一种扩展功能。可鉴别汽车的轮子是否失去着地摩擦力，对汽车的加速打滑进行控制。从而更好地利用地面附着力，提高车辆的通过性和行驶稳定性。一般在车速40km/h以下时EDL起作用。,常规制动,3.EDL（ElectronicDifferentialLock）电子差速锁,二、主动安全技术动力学控制,2020/5/30,19,升压过程,3.EDL（ElectronicDifferentialLock）电子差速锁,二、主动安全技术动力学控制,2020/5/30,20,保压过程,3.EDL（ElectronicDifferentialLock）电子差速锁,二、主动安全技术动力学控制,2020/5/30,21,3.EDL（ElectronicDifferentialLock）电子差速锁,减压过程,二、主动安全技术动力学控制,2020/5/30,22,4.TCS（TractionControlSystem）牵引力控制系统（ASR、TRC、TRAC、ATC、DTC）,是ABS基础上的扩展。能够对牵引力进行自动控制，取得最好的牵引效果，防止车轮打滑。,二、主动安全技术动力学控制,2020/5/30,23,4.TCS（TractionControlSystem）牵引力控制系统,ETCS:发动机扭矩控制直接控制型：节气门控制间接控制型：点火正时控制，燃油喷射控制。BTCS:制动压力控制每一驱动轮单独控制。适用于低速40km/h以下。同EDL。,二、主动安全技术动力学控制,2020/5/30,24,二、主动安全技术动力学控制,5.ESP（ElectronicStabilityProgram）电子稳定程序,ESP包含了ABS和TCS二者的功能。能提高汽车在加速、转向和刹车时的稳定性，降低车辆侧滑的危险。,ESP的主要组成1.电控液压单元和ECU2.轮速传感器3.方向盘转角传感器4.横摆角速度传感器5.发动机管理系统,2020/5/30,25,二、主动安全技术动力学控制,5.ESP（ElectronicStabilityProgram）电子稳定程序,工作原理,ESP在对危急驾驶情况作出反应前，必须获得两个问题的应答：,从方向盘角度传感器1和轮速传感器2得到a答案。,a、驾驶者想操纵车驶向哪里？,b、车辆实际驶向哪里？,从横摆率传感器3和侧向加速度传感器4得到b答案。,ESP控制单元进行比较,ab车辆出现危急行驶状况，需要ESP进行控制调整。,a=b车辆行驶情况正常,、当车辆出现过度转向，通过对外弧线前部车轮施加相应的制动，并对发动机和变速箱管理系统施加控制，ESP可以阻止车辆向内滑移。,、当车辆出现不足转向，通过对内弧线后部车轮施加相应的制动，并对发动机和变速箱管理系统施加控制，ESP可以阻止车辆向外驶出弯道。,2020/5/30,26,二、主动安全技术动力学控制,5.ESP（ElectronicStabilityProgram）电子稳定程序,转向不足,2020/5/30,27,二、主动安全技术动力学控制,5.ESP（ElectronicStabilityProgram）电子稳定程序,转向过度,2020/5/30,28,二、主动安全技术动力学控制,5.ESP（ElectronicStabilityProgram）电子稳定程序,ESP控制框图,2020/5/30,29,二、主动安全技术动力学控制,装备ESP的车型，将同时具有TCS、EDS、ABS功能,装备TCS的车型，将同时具有EDL、ABS功能,5.ESP（ElectronicStabilityProgram）电子稳定程序,2020/5/30,30,TCS逻辑覆盖ESP逻辑（只发生在驱动轮）即：选择较低的制动压力施加在车轮上。与TCS直接介入有所不同的是，此时动力源来自ESP压力调节器，否则将破坏液压系统。ESP逻辑覆盖ABS逻辑。这是由于ESP系统将产生接近50%的滑移率来稳定车辆.（超出ABS20%逻辑控制范围）发动机扭矩调节：如果ESP和TCS都想降低发动机扭矩，将优先采用最大调节量。ESP与EBC:当ESP工作时，EBC需要介入，则此时EBC起作用，提高发动机转速。,二、主动安全技术动力学控制,5.ESP（ElectronicStabilityProgram）电子稳定程序,优先原则,ESP与其它动力控制系统的关系,汽车被动安全技术,汽车被动安全技术：,汽车安全防护装置汽车结构安全性,3-1汽车座椅及座椅安全带,汽车安全防护装置,汽车座椅及座椅安全带安全气囊安全转向器安全玻璃,用途：保护车内乘员免遭伤害或减轻伤害的程度,一、汽车座椅,图3-1汽车座椅总成图1-头枕总成；2、11-卡簧；3-导管；4-靠背骨架；5-靠背泡沫内芯；6-靠背袋架；7-靠背总成；8-靠背调节器饰板；9-靠背调节旋钮；10-靠背调节器饰板固定销；12-座椅滑动衬块；13-坐垫总成,座椅系统的功能安全性、舒适性、低成本、质量好，美观耐用,座椅系统的结构头枕、靠背、坐垫、座椅总成固定件,座椅的结构,座椅系统的组成,骨架整体式、可翻折式,弹性元件褥垫（填料）蒙面调节机构,二、汽车座椅安全带,安全带使用效果,图3-2汽车安全带效果1-无安全带乘员负伤率；2-有安全带乘员负伤率3-无安全带乘员死亡率；4-有安全带乘员死亡率,图3-3驾驶员与车辆速度的关系v1碰撞后汽车速度；v2-碰撞后乘员速度Dv-乘员与车厢内二次碰撞速度,驾驶员负伤率可降低43%52%副驾驶员负伤率可降低37%45%,定义：,安全带是主要的乘员约束系统，可限制车辆前方碰撞以及翻滚过程中人体相对于车体的运动，并可吸收部分冲击能量，达到保护乘员的目的,1.汽车座椅安全带的分类,2.安全带的组成及各部件的作用,两点式安全带（图a）斜挂式安全带（图b）三点式安全带（图c）全背带式安全带（图d）,组成:织带、带扣、卷收器、调节件,织带：化学纤维编织，宽50mm；厚1.11.2mm。带扣：既能把乘员约束在安全带内，又能快速解脱的连接装置。卷收器：在汽车正常行驶时允许止带自由伸缩，当汽车速度急剧变化时，锁止机构会保持安全带束紧力约束乘员。,图3-4汽车安全带分类,图3-5汽车安全带的组成1-外侧上部固定点；2-导向板；3-肩带；4-头枕；5-腰带；6-卷收器；7-外侧地板固定点；8-内侧地板固定点；9-锁扣；10-插板,卷收器的作用,卷收器的类型,在安全带长度不同时，收卷、储存织带使用安全带时，乘员不必调节织带长度乘员使用安全带时上半身的动作比较自如为了提高撞车时安全带的约束性能，预先将织带收紧,调节件：用于调节织带使用长度的部件。,无锁止式卷收器自动锁止式卷收器紧急锁止式卷收器,织带敏感式车体敏感式复合敏感式,应用：紧急锁止式卷收器,图3-5汽车安全带的组成1-外侧上部固定点；2-导向板；3-肩带；4-头枕；5-腰带；6-卷收器；7-外侧地板固定点；8-内侧地板固定点；9-锁扣；10-插板,3.安全带的使用注意事项,常检查一人用,用后收配座椅中性洗,护儿童使用好,3-2安全气囊,一、安全气囊设计的基本思想,安全气囊最大容许时间：从汽车碰撞开始算起，气囊涨开所需的总时间16km/h的速度与刚壁正碰)传感器探测信号气体发生器引爆装置引爆后快速生成气体气体充入气囊气囊涨开(150mm转向柱系统最小临界压缩力：1.1kN2.5kN转向柱断开联接盒的分离力：注塑销的破坏力500N/个吸能式转向柱除了能够保证规定的压缩变形力外，还要有足够的抗弯曲强度以提高轴向吸能效果吸能式转向柱压缩吸能部分的上、下端应分别连接在车身上强度和刚度有一定差异的部位，以保证压缩吸能力的传递,F2较大时，会导致转向柱从车身上脱离F2增大会使驾驶员胸部所受的碰撞分力加大，是吸能缓冲效果下降,讨论:当F不变而q变大时，吸能力F1略有下降，而F2却大幅上升,能量吸收式转向柱的主要参数,3-4汽车结构与被动安全性,汽车碰撞类型：,正面碰撞；侧面碰撞；追尾碰撞。,车身不同部位刚性对安全性的影响,一、汽车碰撞类型及不同部位刚性对其安全性的影响,图3-24汽车碰撞事故的机率分布,图3-26Sigma轿车车身1车身前部；2车身中部；3车身后部,图3-25车身不同部位刚性对安全性的影响,二、车身结构的有限元分析,模型计算与实测值比较：,有限元模型：,图3-27两门轿车左侧车体有限元模型a）车身形状；b）车身有限元划分,图3-28挠度的计算值与试验值1、2对应前、后轴的位置；3、5分别指前后纵梁；4门槛；实线计算值；虚线试验值,图3-29两种情况下边梁模拟变形情况,图3-30两种情况下的载荷变化曲线,边梁模拟变形情况：,3、车身结构的有关安全措施,吸能式保险杠,吸能车架结构,车身侧面和顶部措施,车身结构安全性设计的主要内容,汽车结构安全性设计的主要原则,车身结构设计必须确保驾驶员的视野和视认性,措施：车身布置及结构设计应使车身各支柱，特别是前风窗支柱对驾驶员的视野性妨碍应最小，后视镜的设计要确保后方视野性的要求,三、车身结构安全性设计,汽车车身结构碰撞安全性设计,车身碰撞安全性定义：即是减小由于碰撞造成乘员伤害的程度或车身保护乘员的性能,车身结构安全性设计须具备的功能性要求,碰撞能量须能被指定结构部位分级吸收，确保乘员生存空间防止碰撞导致的乘员与室内部件的撞击，减小乘员的伤害碰撞后乘员易于逃生或进行车外救护，避免二次破坏或伤害,汽车被动安全技术：,汽车结构安全性汽车安全防护装置,(一)碰撞安全的车身结构,利用车身前、后部构件的变形有效地吸收碰撞能量，而车身座舱坚固可靠，从而保证乘员的有效生存空间,2.车身变形区特性,1.车身结构碰撞安全的设计原则,车身前、后部结构要尽可能多地吸收碰撞能量，使碰撞过程中作用于乘员上的力和加速度降到规定的范围内车身前、后部构件在碰撞中产生变形应根据碰撞强度逐级发生，控制受压各构件的变形形式，防止车轮、发动机、变速箱等刚性部件侵入座舱，同时也有利于车身的修复车身座舱结构必须坚固可靠，事故中保证乘员安全,图3-31安全座舱结构,图3-32车身前部碰撞变形的模拟,(二)车身前部结构的碰撞安全性,车身前部正面碰撞时的理想变形特性曲线,1.车辆正面碰撞特性,第变形区：既可保护行人，也可避免低速下车辆的破坏性第变形区：为相容区，保证两车相撞时，具有最佳的能量吸收特性和分布第变形区：为自身保护区，用于撞击固定障碍（如墙壁）时对座舱完整性的保护,图3-33车身前部理想变形特性曲线,结构安全措施：,车身前部压溃变形以吸收碰撞能量，缓解碰撞加速度,加固座舱前壁结构，确保座舱生存空间利用安全带、安全气囊保护系统，避免二次碰撞造成的伤害,2.车身前部结构吸收碰撞能量的机理,讨论：车身前部的能量吸收能力与碰撞中前部变形部分的结构质量有关，变形部分质量越大，则所吸收的碰撞能量越强,图3-34(a)变形过程模拟比较（弯曲模式、压溃模式）,吸收碰撞能量的方式：弯曲变形、压溃变形,正面碰撞时，车身前部吸收的能量：,结构形式对吸收效果的影响,图3-34(b)能量吸收效果比较（载荷曲线）,图3-34(c)凸（凹）台的结构形式,图3-34(d)前纵梁的有限元模型及变形后的形状,2.吸能结构设计要点,在梁上设置易于轴向压溃的结构要素，如图3-35所示,3.加强座舱结构强度的措施,纵梁(车架)局部制成波纹管状增加梁上弯曲部分的板厚，局部加强控制弯曲变形，设置轴向布置的加强筋,图3-35车身梁构件上设计易于轴向压溃的结构要素,图3-36碰撞载荷的纵向传递,提高座舱梁框架的承载能力合理传递碰撞载荷（图3-36叉型或三叉型布置结构）,图3-38座舱的加强梁框架,图3-37碰撞时发动机下移示意(奔驰A级车,1993年),4.防止车辆前部部件侵入座舱内,采取结构措施使刚性部件碰撞时下移，如图3-37所示,注意：燃油箱的保护,提高侧面结构的抗撞击强度，减小碰撞凹陷变形，保证座舱的完整性及生存空间,(三)车身后部结构的碰撞安全性,(四)车身侧面结构的碰撞安全性,特点：车身侧面碰撞时允许的变形空间小,汽车侧面碰撞结构安全性设计的主要原则,保证侧面碰撞下座舱完整性的结构设计,合理设计座舱梁框架结构，将侧撞力传递到车身结构上具有承载能力的梁、柱、门槛、地板、车顶及其他构件