汽车安全技术第3章汽车碰撞安全性设计概要

1、汽车安全技术第3章汽车碰撞安全 性设计概要 第3章 汽车碰撞安全性设计 3.1 概述 3.2 经验法和试验法 3.3 数学分析法 3.4 汽车碰撞安全性设计 3.5 碰撞吸能结构的设计 汽车安全技术第3章汽车碰撞安全 性设计概要 3.1 概述 汽车碰撞安全性问题分两种情况： 新汽车产品的碰撞安全性设计问题 已有汽车产品的碰撞安全性改进问题 新设计有充分的设计空间 改进设计更有挑战性 汽车安全技术第3章汽车碰撞安全 性设计概要 研究方法 发展：经验法、试验法、分析法 经验法： 单纯凭直觉和经验进行碰撞安全性设 计和改进的方法称为经验法。 直觉是通过多次相关经验积累产生的； 经验法以大量汽车碰撞事

2、例为基础。 汽车安全技术第3章汽车碰撞安全 性设计概要 汽车碰撞试验方法： 主要是通过模拟汽车碰撞事故中的一些 典型的和重要的碰撞过程来获取对不同结构 缓冲吸能特性认识，实质上是通过人为碰撞 事件在短时间内获取足够多经验的一种 “经 验法”。 试验过程和实际碰撞有区别。 汽车安全技术第3章汽车碰撞安全 性设计概要 作用： 研究结构的缓冲吸能特性 检验汽车零部件能否满足汽车碰撞安 全性 特点： 受试验方法和装备的先进性的影响 用真实物体在真实碰撞条件下试验 汽车安全技术第3章汽车碰撞安全 性设计概要 数学分析方法（仿真法）： 主要是应用数学和力学工具进行汽车碰撞 过程的分析方法。解析法、多刚体动

3、力学法、 有限元法等。 特点： 可以节省碰撞试验次数，成本低、周期短 可以进行危险的实验模拟。 仿真是建立相应物理系统的数学模型在计 算机上解算的过程。数学模型是仿真的基础。 汽车安全技术第3章汽车碰撞安全 性设计概要 3.2 经验法和试验法 经验法： 经验法不需要很深的的理论和很高技术 水平，是一种创造。 经验法是最直接的设计方法，但往往不 完善，需要辅以其他方法，将直接经验转 化为科学、使用、可靠的产品设计。 汽车安全技术第3章汽车碰撞安全 性设计概要 经验法的例子-安全带的发明 汽车安全带挽救了无数人的生命，是对行车安全 的一项重要贡献。美国安全荣誉纪念馆于近期接纳了 三点式安全带的发明

4、人尼波林。 尼波林原是一名飞机设计师，1958年他到底特律 沃尔沃汽车公司工作。在考虑汽车遇到紧急刹车或碰 撞事故时，如何能使司机、乘客牢牢地固定在坐位上， 以抵挡住猛烈撞击不受伤害时，他认为，用皮带一边 横跨胸部，一边横跨腰下臀部，从同一固定点由上往 下紧扣，能固牢整个人体。这即是今日人们早已熟知 的三点式汽车安全带。 1963年，沃尔沃汽车公司把尼波林的三点式汽车 安全带注册，并在自产的汽车上装配。同时，沃尔沃 还把安全带发明，免费提供给其他企业使用，以推广 这项保护生命的发明。 汽车安全技术第3章汽车碰撞安全 性设计概要 经验法的例子-安全气囊的发明 1953年8月18日，美国人约翰，赫

5、特里特 获得了“汽车缓冲安全装置”的美国专利。 赫特里特是一位自学成才的宾夕法尼亚 州工程师，他在1952年的一次事故后，萌发 了设计撞车安全装置的想法。在这次事故中， 他为躲避一个障碍物而猛打方向盘进行制动， 他和妻子都用手臂本能地保护坐在前座中间 位置上的女儿。这次事故后他意识到必须有 一个更好的方法来保护乘员，两周之后他绘 好了设计图纸交给了代理人，这份图纸确定 了今天安全气囊的雏型。 汽车安全技术第3章汽车碰撞安全 性设计概要 试验法： 试验法是一种直接客观的设计与验证方法。 目的是再现实际道路上的车辆碰撞事故并 对其研究。 特点：需要特定的碰撞试验设施，牵引机 构、障碍壁、电测量系统

6、、高速摄影测量系 统、测试用假人。 汽车安全技术第3章汽车碰撞安全 性设计概要 碰撞试验： 正面碰撞 车车 偏置碰撞 固定壁 实车碰撞试验 移动壁 侧面碰撞 翻车 追尾碰撞 台车模拟 模拟碰撞试验 台架模拟 静态模拟 碰撞试验 汽车安全技术第3章汽车碰撞安全 性设计概要 碰撞试验的作用： 对比优选 多方案中选优、改进研究、影 响因素对比； 安全性评估 直接测出结果，对设计、改进 及产品的安全性评价； 辅助设计与改进 辅助设计和改进的手段。 碰撞性试验是破坏性实验，成本高、耗费时 间大、试验结果和过程的瞬时性 汽车安全技术第3章汽车碰撞安全 性设计概要 3.3 数学分析法 解析法 多刚体动力学法

7、 有限元法 仿真：汽车碰撞力学仿真 汽车安全技术第3章汽车碰撞安全 性设计概要 解析法 建立碰撞力学模型及求解方法的分析 简单模型的精确分析 汽车结构设计初期的碰撞概算 优势：建立分析模型 汽车安全技术第3章汽车碰撞安全 性设计概要 多刚体动力学法 多体分析力学 多刚体动力学 多柔体动力学 计算多体系统动力学 基于拉格朗日方程 多刚体系统动力学 刚-柔混合多体系统动力学 计算机多体动力学分析软件研究航天器、 机器人等的基础 汽车安全技术第3章汽车碰撞安全 性设计概要 汽车安全技术第3章汽车碰撞安全 性设计概要 有限元法 20世纪80年代发展和完善的计算方法 汽车安全技术第3章汽车碰撞安全 性设

8、计概要 汽车安全技术第3章汽车碰撞安全 性设计概要 汽车安全技术第3章汽车碰撞安全 性设计概要 汽车安全技术第3章汽车碰撞安全 性设计概要 汽车安全技术第3章汽车碰撞安全 性设计概要 汽车安全技术第3章汽车碰撞安全 性设计概要 10ms时的碰撞变形 汽车安全技术第3章汽车碰撞安全 性设计概要 40ms时的碰撞变形 汽车安全技术第3章汽车碰撞安全 性设计概要 汽车安全技术第3章汽车碰撞安全 性设计概要 分析软件： DYNA 3D（LS-DYNA3D、OASYS - DYNA3D） 美国及英国早期应用广泛美国及英国早期应用广泛 PAM-CRASH起源法国，早期欧洲应用较多起源法国，早期欧洲应用较多

9、 三维造型和分析软件三维造型和分析软件 UG CATIA 汽车安全技术第3章汽车碰撞安全 性设计概要 碰撞安全分析工程师碰撞安全分析工程师 结构碰撞分析结构碰撞分析 乘员保护分析乘员保护分析 安全开发安全开发 熟悉汽车碰撞安全基本原理和相关法规；熟悉汽车碰撞安全基本原理和相关法规； 熟悉碰撞安全分析相关软件熟悉碰撞安全分析相关软件 （Hypermesh，LS-DYNA，MADYMO， PAM-CRASH）的应用的应用 汽车安全技术第3章汽车碰撞安全 性设计概要 3.4 汽车碰撞安全性设计 整车理想碰撞特性 纵向碰撞理想特性 保证足够生存空间，不产生过大变形； 乘坐室外的车体结构尽可能变形，合理

10、吸收 碰撞能量 侧面碰撞理想特性 车门和立柱尽可能大的刚性，变形要小； 车门内板应柔软 汽车安全技术第3章汽车碰撞安全 性设计概要 碰撞安全性的反推设计法 碰撞界面缓冲吸能系统安全区保护结构系统 转向盘与内饰系统 安全气囊系统 安全带和安全座椅系统人体响应安全法规 汽车安全技术第3章汽车碰撞安全 性设计概要 3.5 碰撞吸能结构的设计 焊点与吸能 焊接强度、焊接形式的因素 汽车安全技术第3章汽车碰撞安全 性设计概要 a)焊点开裂，弯折变形 b)焊点未开裂，产生充分皱褶变形 汽车安全技术第3章汽车碰撞安全 性设计概要 壁厚与吸能 壁厚太小不具备吸能条件 壁厚太大不容易变形吸能 壁厚对碰撞变形吸能特性的影响： 碰撞产生的最大阻力不同 壁厚小最大阻力小，壁厚大最大阻力大 缓冲吸能时间的长短不同 壁厚小吸能（碰撞