张君媛简版课件2014

1、汽车安全性汽车被动安全性汽车被动安全性汽车安全性第一章第一章 绪论绪论第一节第一节 汽车安全性研究的历史与意义汽车安全性研究的历史与意义第二节第二节 汽车安全性研究的范围和方法汽车安全性研究的范围和方法第三节第三节 国内、外汽车安全性发展现状国内、外汽车安全性发展现状第四节第四节 本课程内容本课程内容 汽车安全性第一节第一节 汽车安全性研究的历史与意义汽车安全性研究的历史与意义第一章第一章 绪论绪论汽车安全性上世纪上世纪7070年代前，汽车的安全性研究基本上都集中年代前，汽车的安全性研究基本上都集中在提高汽车操纵稳定性、制动性和驾驶员视野研究在提高汽车操纵稳定性、制动性和驾驶员视野研究上，并被

2、称为汽车的主动安全性研究。上，并被称为汽车的主动安全性研究。即便如此，由于汽车的保有量急剧增加，各种交通即便如此，由于汽车的保有量急剧增加，各种交通事故仍频频发生。有数字表明从二次世界大战到事故仍频频发生。有数字表明从二次世界大战到19651965年，美国在各种交通事故中的死亡人数达年，美国在各种交通事故中的死亡人数达150150万以上，比美国建国以来历次战争中死亡人数总和万以上，比美国建国以来历次战争中死亡人数总和还多，汽车一度被称为还多，汽车一度被称为“行驶的棺材行驶的棺材”。 第一章第一章 绪论绪论汽车安全性 60 60年代美国人年代美国人Ralph NaderRalph Nader所著

3、的所著的Unsafe Unsafe at any speedat any speed一书成为汽车安全问题大讨论一书成为汽车安全问题大讨论的导火索。他提出生产厂应把改善汽车安全性的导火索。他提出生产厂应把改善汽车安全性作为最高使命。安全问题从此成为社会问题作为最高使命。安全问题从此成为社会问题 。第一章第一章 绪论绪论汽车安全性 1966 1966年美国国会以立法的形式提出了汽车年美国国会以立法的形式提出了汽车被动安全性技术法规，此后汽车被动安全被动安全性技术法规，此后汽车被动安全性研究进入快速发展阶段。性研究进入快速发展阶段。第一章第一章 绪论绪论汽车安全性第二节第二节 汽车安全性研究的范围汽

4、车安全性研究的范围第一章第一章 绪论绪论 近近2020年汽车新技术集中在安全、环保、节能年汽车新技术集中在安全、环保、节能三大主题上。三大主题上。据专家预测，在本世纪的前据专家预测，在本世纪的前20年，年，汽车工艺技术将仍然围绕着安全、节能以及排放汽车工艺技术将仍然围绕着安全、节能以及排放控制来展开。控制来展开。 汽车安全性主动安全性研究主动安全性研究: :汽车主动安全性，是指汽车本身防止或减少道路汽车主动安全性，是指汽车本身防止或减少道路交通事故发生的性能。主要取决于汽车的总体尺寸、制交通事故发生的性能。主要取决于汽车的总体尺寸、制动性、行驶稳定性、操纵性、信息性以及驾驶员工作条动性、行驶稳

5、定性、操纵性、信息性以及驾驶员工作条件件(操作元件人机特性、座椅舒适性、噪声、温度和通操作元件人机特性、座椅舒适性、噪声、温度和通风、操纵轻便性等风、操纵轻便性等)。此外，汽车动力性。此外，汽车动力性(特别是超车的特别是超车的时间和距离时间和距离)也是很重要的影响因素。也是很重要的影响因素。汽车安全性被动安全性研究被动安全性研究: :汽车被动安全性，是指交通事故发生后，汽车本汽车被动安全性，是指交通事故发生后，汽车本身减轻人员伤害和货物损失的能力。又可分为汽车内部身减轻人员伤害和货物损失的能力。又可分为汽车内部被动安全性被动安全性(减轻车内乘员受伤和货物受损减轻车内乘员受伤和货物受损)以及外部

6、被以及外部被动安全性动安全性(减轻对事故所涉及的其它人员和车辆的损害减轻对事故所涉及的其它人员和车辆的损害) 汽车安全性车体结构抗撞性研究：车体结构抗撞性研究：主要研究汽车车身主要研究汽车车身结构对碰撞能量的吸收特结构对碰撞能量的吸收特性，寻求改善车身结构抗性，寻求改善车身结构抗撞性的方法，在保证乘员撞性的方法，在保证乘员生存空间的前提下，使得生存空间的前提下，使得车身变形吸收的碰撞能量车身变形吸收的碰撞能量最大最大, ,从而传给车内乘员从而传给车内乘员的碰撞能量最小。的碰撞能量最小。 汽车安全性人体损伤生物力学研究：人体损伤生物力学研究：研究人体在碰撞中的伤害机理、力学响应和承受研究人体在碰

7、撞中的伤害机理、力学响应和承受极限，是关于生物和力学的边缘学科，它试图用物理和极限，是关于生物和力学的边缘学科，它试图用物理和力学的方法解释医学物体。其研究基础是力学的基本定力学的方法解释医学物体。其研究基础是力学的基本定律和动物组织的本构方程。律和动物组织的本构方程。 汽车安全性乘员约束系统研究：乘员约束系统研究：主要集中在安全带、安全气囊、安全座椅、吸能主要集中在安全带、安全气囊、安全座椅、吸能式转向机构、安全仪表板、内饰组件的吸能衬垫材料特式转向机构、安全仪表板、内饰组件的吸能衬垫材料特性等，对乘员约束系统的研究旨在避免和减轻乘员与车性等，对乘员约束系统的研究旨在避免和减轻乘员与车内构件

8、的二次碰撞（车与障碍物的碰撞称为一次碰撞），内构件的二次碰撞（车与障碍物的碰撞称为一次碰撞），将乘员在碰撞中所受到的损伤值将乘员在碰撞中所受到的损伤值降到最低。降到最低。 汽车安全性碰撞试验装置、方法和数据处理的研究：碰撞试验装置、方法和数据处理的研究：为进行碰撞伤害研究所进行的试验包括实车碰撞为进行碰撞伤害研究所进行的试验包括实车碰撞试验、滑车模拟碰撞试验和零部件台架试验。试验、滑车模拟碰撞试验和零部件台架试验。 汽车安全性行人保护的研究：行人保护的研究：研究车辆和行人之间的相互作用，研究如何设计研究车辆和行人之间的相互作用，研究如何设计车体结构能够降低行人所受到的伤害。车体结构能够降低行人

9、所受到的伤害。 汽车安全性汽车安全法规的研究：汽车安全法规的研究：美国在美国在19681968年制定的年制定的FMVSS208 FMVSS208 是第一个汽车碰是第一个汽车碰撞安全法规。不同国家的交通事故形态和车型分布各不撞安全法规。不同国家的交通事故形态和车型分布各不相同，而一个国家的碰撞安全法规直接影响汽车产品开相同，而一个国家的碰撞安全法规直接影响汽车产品开发的设计思想。发的设计思想。 汽车安全性研究方法研究方法CAE研究研究 解析法解析法 多刚体动力学法多刚体动力学法 有限元法有限元法实验研究实验研究实车试验实车试验零部件试验零部件试验材料试验材料试验汽车安全性CAE试验试验设计设计产

10、品验证产品验证概念设计概念设计详细设计详细设计发展趋势发展趋势汽车安全性 第三节第三节 国内、外发展现状国内、外发展现状美国欧洲澳大利亚日本，韩国中国汽车安全性国外的研究特点：国外的研究特点：研究方向多研究方向多 : 包含车体结构抗撞性（包括自身抗撞性和相容包含车体结构抗撞性（包括自身抗撞性和相容性）、人体损伤生物力学、乘员约束系统先进技术性）、人体损伤生物力学、乘员约束系统先进技术及参数的匹配与优化、各种类型碰撞试验、被动安及参数的匹配与优化、各种类型碰撞试验、被动安全性法规和道路交通伤以及交通事故再现与分析等全性法规和道路交通伤以及交通事故再现与分析等多方面的研究。多方面的研究。 汽车安全

11、性2.2.安全工况复杂安全工况复杂 : 研究包括正面碰撞和偏置碰撞的前碰撞、研究包括正面碰撞和偏置碰撞的前碰撞、后碰撞、侧碰撞和滚翻等各种情况。由于正面后碰撞、侧碰撞和滚翻等各种情况。由于正面和侧碰发生的概率较大，因此研究较多，法规和侧碰发生的概率较大，因此研究较多，法规也比较完善。后碰和滚翻目前虽还没有政府法也比较完善。后碰和滚翻目前虽还没有政府法规，但国外对这方面的研究非常多。规，但国外对这方面的研究非常多。 汽车安全性汽车安全性3.3.保护对象全面保护对象全面 : 除了研究对第除了研究对第5050百分位男性的保护效果外，百分位男性的保护效果外，还研究第还研究第5 5百分位女性、百分位女性

12、、1212个月、个月、3 3岁和岁和6 6岁的岁的儿童、离位乘员（儿童、离位乘员（OOP-Out Of PositionOOP-Out Of Position）甚）甚至孕妇的保护。至孕妇的保护。 汽车安全性4.4.研究方法先进研究方法先进 : 结合碰撞试验和计算机仿真技术。计算机模结合碰撞试验和计算机仿真技术。计算机模拟研究从拟研究从6060年代开始，近年代开始，近2020、30 30 年发展最快。主年发展最快。主要原因是随着计算机技术的发展，以多刚体系统要原因是随着计算机技术的发展，以多刚体系统动力学、大变形非线性有限元为基础的大型碰撞动力学、大变形非线性有限元为基础的大型碰撞模拟软件已经达

13、到一定精度。模拟软件已经达到一定精度。 汽车安全性德国大众汽车公司在德国大众汽车公司在1985年构造的年构造的POLO车前部正面碰撞的有限元模型。在车前部正面碰撞的有限元模型。在这个模型中，使用梁单元对其后部进行这个模型中，使用梁单元对其后部进行了较大的简化。共包括了较大的简化。共包括5555个壳单元和个壳单元和106个梁单元。个梁单元。 2001年德国宝马汽车公司年德国宝马汽车公司BMWX5车正面碰撞的计算结构车正面碰撞的计算结构，在这个模型中使用的单元数目，在这个模型中使用的单元数目超过超过50万，不仅包括发动机、前万，不仅包括发动机、前桥和悬架，还包括假人、转向系桥和悬架，还包括假人、转

14、向系统、座椅、安全带和安全气囊。统、座椅、安全带和安全气囊。汽车安全性国内的研究情况：国内的研究情况：中国汽车工程学会于中国汽车工程学会于19951995年年9 9月成立了（被动）安月成立了（被动）安全技术专业委员会。而全技术专业委员会。而19991999年年1010月月2828日，日，CMVDR 294CMVDR 294关于正面碰撞乘员保护的设计规则关于正面碰撞乘员保护的设计规则的颁布则标的颁布则标志着我国的碰撞法规正逐渐与国际接轨。志着我国的碰撞法规正逐渐与国际接轨。 汽车安全性第四节第四节 本课程内容本课程内容第一章第一章 绪论绪论汽车安全性参考资料：参考资料：1.王瑄王瑄等等编著编著现

15、代汽车安全现代汽车安全人民交通出版社人民交通出版社1998.52.黄世霖黄世霖张金换张金换王晓冬王晓冬汽车碰撞与安全汽车碰撞与安全清华大清华大学出版社学出版社2000.12论文论文(学位论文、会议论文、期刊、学位论文、会议论文、期刊、SAEpaper)第一节第一节 乘员碰撞伤害的研究乘员碰撞伤害的研究第二节第二节 伤害评价伤害评价第三章第三章 乘员碰撞伤害与伤害的评价乘员碰撞伤害与伤害的评价第一节第一节 乘员碰撞伤害的研究乘员碰撞伤害的研究汽车被动安全性研究的宗旨是通过生物力学研究人体伤害机理、汽车被动安全性研究的宗旨是通过生物力学研究人体伤害机理、人体对碰撞的忍受能力，以制订伤害评价指标。在

16、事故中最大人体对碰撞的忍受能力，以制订伤害评价指标。在事故中最大可能地避免或减缓对乘员的伤害。可能地避免或减缓对乘员的伤害。伤害生物力学主要研究机械载荷，尤其是冲击载荷对人体的影伤害生物力学主要研究机械载荷，尤其是冲击载荷对人体的影响。当机械载荷作用于人体时，人体响应区域就会发生机械上响。当机械载荷作用于人体时，人体响应区域就会发生机械上和生理上的变化，这就是生物力学响应。当生物力学响应使生和生理上的变化，这就是生物力学响应。当生物力学响应使生物体的变形超过了可恢复极限时，将引起组织结构的损伤和正物体的变形超过了可恢复极限时，将引起组织结构的损伤和正常机能的改变，也就产生了伤害。常机能的改变，

17、也就产生了伤害。第二章第二章乘员碰撞伤害与伤害的评价乘员碰撞伤害与伤害的评价第二章第二章乘员碰撞伤害与伤害的评价乘员碰撞伤害与伤害的评价人体在碰撞中的伤害源：人体在碰撞中的伤害源：二次碰撞二次碰撞; ; 车体结构对乘员舱的侵入车体结构对乘员舱的侵入; ;乘员约束系统本身由于设计或使用不当乘员约束系统本身由于设计或使用不当产生的副作用产生的副作用; ; 1. 乘员身体暴露车外乘员身体暴露车外. 人体伤害的评估分为伤害分级和定量测量两类。人体伤害的评估分为伤害分级和定量测量两类。前者从解剖学角度出发，根据受伤的位置、伤害的类前者从解剖学角度出发，根据受伤的位置、伤害的类型和相应的程度来描述伤害。它

18、描述的是伤害本身，型和相应的程度来描述伤害。它描述的是伤害本身，而不是伤害造成的后果。后者是在试验室碰撞试验中而不是伤害造成的后果。后者是在试验室碰撞试验中使用假人评价整车或汽车安全保护系统安全性能的主使用假人评价整车或汽车安全保护系统安全性能的主要方法要方法 第二章第二章乘员碰撞伤害与伤害的评价乘员碰撞伤害与伤害的评价定性研究定性研究简明伤害分级简明伤害分级被全世界普遍接受的解剖学上的标准是简明伤害标被全世界普遍接受的解剖学上的标准是简明伤害标准（准（AISAbbreviatedInjuryScale）。）。AIS是一种对生是一种对生命威胁程度的分级。每个命威胁程度的分级。每个AIS水平都有

19、一个生物力学容水平都有一个生物力学容限。限。 第二节第二节伤害的评价伤害的评价第二章第二章乘员碰撞伤害与伤害的评价乘员碰撞伤害与伤害的评价伤害级别伤害程度0无伤害1轻伤 2 中伤3 重伤（无生命危险）4重伤（有生命危险） 5重危 6死亡（24小时之内 因一个致命原因） 7死亡（因两个致命原因） 8死亡（因三个致命原因或烧死） 9情况不明第二章第二章乘员碰撞伤害与伤害的评价乘员碰撞伤害与伤害的评价对伤害进行定量测量对伤害进行定量测量头部的耐冲击性和伤害指标头部的耐冲击性和伤害指标 胸部的耐冲击性和伤害指标胸部的耐冲击性和伤害指标大腿骨伤害标准大腿骨伤害标准颈部伤害指标颈部伤害指标完全伤害评价完全

20、伤害评价 第二章第二章乘员碰撞伤害与伤害的评价乘员碰撞伤害与伤害的评价第二章第二章乘员碰撞伤害与伤害的评价乘员碰撞伤害与伤害的评价1. 1. 头部伤害指标头部伤害指标 max5 . 2121221)(1)(ttdttattttHIC12,tt第二章第二章乘员碰撞伤害与伤害的评价乘员碰撞伤害与伤害的评价HIC（Head Injury Criterion)胸部胸部3ms3ms准则准则通常所说的人胸部受伤严重程度的容限水平通常所说的人胸部受伤严重程度的容限水平（AIS4）是指作用在上胸部重心处的作用时间为）是指作用在上胸部重心处的作用时间为3ms或更长时间的线性加速度最大值为或更长时间的线性加速度最

21、大值为60g。第二章第二章乘员碰撞伤害与伤害的评价乘员碰撞伤害与伤害的评价3. 3. 胸部压缩量胸部压缩量胸部压缩量定义了躯干和肋骨的最大压胸部压缩量定义了躯干和肋骨的最大压缩量。它表明了胸部骨折的情况。缩量。它表明了胸部骨折的情况。第二章第二章乘员碰撞伤害与伤害的评价乘员碰撞伤害与伤害的评价第二章第二章乘员碰撞伤害与伤害的评价乘员碰撞伤害与伤害的评价粘性指标粘性指标VC(Viscous)： 变形速度变形速度V(t)和相对挤压变形量和相对挤压变形量G(t)的乘积，的乘积，变形速度变形速度V(t)由变形量由变形量D(t)差分计算获得，差分计算获得，V(t)=dD(t)/dt G(t)=D(t)/

22、D D为躯干的初始厚度为躯干的初始厚度VC的单位为的单位为 m/sDtDtdtDdVC)()()(第二章第二章乘员碰撞伤害与伤害的评价乘员碰撞伤害与伤害的评价5. 腿部伤害评价腿部伤害评价（1） 大腿骨轴向压缩力（N）（2）小腿骨轴向压缩力（N）6.6.颈部伤害颈部伤害评价评价 （1） 向前弯曲力矩（Nm）（2） 向后弯曲力矩（Nm）（3） 轴向拉伸力（N）（4） 轴向压缩力（N）（5） 剪切力（N） 第二章第二章乘员碰撞伤害与伤害的评价乘员碰撞伤害与伤害的评价 第一节第一节 简介简介 第二节第二节 车身结构安全性设计车身结构安全性设计 第三节第三节 安全带安全带 第四节第四节 安全气囊安全气

23、囊 第五节第五节 能量吸收式转向机构能量吸收式转向机构 第六节第六节 座椅及头枕座椅及头枕第四章第四章 汽车被动安全对策汽车被动安全对策第一节第一节 简介简介一一 、概念、概念 1 碰撞安全性: 发生事故时汽车保护乘员的能力。 2 汽车与外部事物之间的碰撞称为一次碰撞。 3 乘员于汽车内部之间的碰撞称为二次碰撞。第三章第三章汽车被动安全对策汽车被动安全对策二二 、乘员的伤害原因、乘员的伤害原因 1 碰撞使汽车结构发生变形，汽车构件侵入乘员空间； 2 由于汽车结构破损，乘员身体暴露到汽车外； 3 乘员由于惯性与车内部件发生碰撞。第三章第三章汽车被动安全对策汽车被动安全对策 三、提高被动安全性的措

24、施三、提高被动安全性的措施1. 提高汽车结构安全性 a 增大塑性变形，吸收更多的能量。增大塑性变形，吸收更多的能量。 b 降低减速度峰值，减轻碰撞强度降低减速度峰值，减轻碰撞强度 c 保证乘员生存空间保证乘员生存空间2. 使用乘员保护系统 a 安全带安全带 b 安全气囊安全气囊 c 膝垫膝垫第三章第三章汽车被动安全对策汽车被动安全对策 一一 设计原则设计原则 1 车身前部构件尽量吸收撞击能量，缓解乘员受到的冲击。车身前部构件尽量吸收撞击能量，缓解乘员受到的冲击。 2 增大乘员室刚度，确保乘员的有效生存空间，同时还必增大乘员室刚度，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

25、行救护；须保证碰撞后乘员易于逃脱和容易进行救护； 3 碰撞发生后，结构允许破坏，但要严格控制破坏后的变碰撞发生后，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。形，防止车轮、发动机、变速箱等刚性部件侵入驾驶室。第三章第三章汽车被动安全对策汽车被动安全对策第二节第二节车身结构安全性设计 二二 安全车身的分段碰撞特性安全车身的分段碰撞特性 汽车与不同客体相撞时能根据客体的情况表现出相应的力学特性。 第三章第三章汽车被动安全对策汽车被动安全对策 1. 软区段：用于保护行人。软区段：用于保护行人。 2. 碰撞相容区：碰撞相容区： 使具有不同使具有不同 质量的两车

26、相撞时，在两质量的两车相撞时，在两 辆车的撞击区都能够产生辆车的撞击区都能够产生 最佳的能量分布以保护辆最佳的能量分布以保护辆 车中的全部乘员。车中的全部乘员。 3. 自我保护区：当车与刚性自我保护区：当车与刚性 墙相撞时保护乘员。墙相撞时保护乘员。第三章第三章汽车被动安全对策汽车被动安全对策 三三 低速碰撞安全对策低速碰撞安全对策 1 目的目的 a 保护行人安全、降低对行人的伤害保护行人安全、降低对行人的伤害 b 保护汽车重要部件免遭损害，降低维修费用保护汽车重要部件免遭损害，降低维修费用 2 减轻一次碰撞伤害减轻一次碰撞伤害能量吸收式保险杠能量吸收式保险杠筒状能量吸收装置筒状能量吸收装置利

27、用泡沫材料作为能量吸收体利用泡沫材料作为能量吸收体蜂窝状能量吸收体蜂窝状能量吸收体第四章第四章汽车被动安全对策汽车被动安全对策 第四章第四章汽车被动安全对策汽车被动安全对策 3 减轻二次碰撞伤害减轻二次碰撞伤害 a 原因原因: 行人头部与发动机罩和风窗玻璃及风窗玻行人头部与发动机罩和风窗玻璃及风窗玻 璃框架的碰撞璃框架的碰撞 b 措施措施: 软化风窗玻璃框架软化风窗玻璃框架 4 减轻三次碰撞伤害：路面救助网减轻三次碰撞伤害：路面救助网 5 注意车外突出物对人的伤害注意车外突出物对人的伤害 第四章第四章汽车被动安全对策汽车被动安全对策第四章第四章汽车被动安全对策汽车被动安全对策 包含所有伤害类型

28、的碰撞事故的概率分布（美国） 正面碰撞安全对策正面碰撞安全对策第四章第四章汽车被动安全对策汽车被动安全对策48.2%10.7%14.4%9.4%12.6%0.9%1.9%0.9%不同撞击部位的死亡人数（乘车者死亡总数4405人/年，日本） 第四章第四章汽车被动安全对策汽车被动安全对策第第四四章章汽汽车车被被动动安安全全对对策策汽车安全性发动机等部件下移：防止这些部件发动机等部件下移：防止这些部件侵入驾驶室，应设法使这些部件碰侵入驾驶室，应设法使这些部件碰撞后下移。撞后下移。五五 侧面碰撞安全对策侧面碰撞安全对策第四章第四章汽车被动安全对策汽车被动安全对策第四章第四章汽车被动安全对策汽车被动安全

29、对策设计思想：设计思想：将碰撞力传递给具有保护作用的梁、柱、将碰撞力传递给具有保护作用的梁、柱、地板、顶盖、门槛等，并被其吸收、分地板、顶盖、门槛等，并被其吸收、分散。散。结构措施结构措施: 1 增加车门强度增加车门强度 2 增加侧围物件的强度增加侧围物件的强度 3 增加门槛梁强度增加门槛梁强度 4 合理设计门锁及门铰链合理设计门锁及门铰链 5 增加门内防撞杆增加门内防撞杆第四章第四章汽车被动安全对策汽车被动安全对策第三节第三节 安全带安全带一一 、概述、概述汽车座椅安全带是重要的乘员保护约束系统设施之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一，

30、在减轻碰撞事故中乘员伤害程度方面起着重要的作用；的作用； 1968年美国年美国FMVSS208要求所有轿车的前方座位处要求所有轿车的前方座位处必须有安全带必须有安全带 ；统计数据表明，佩戴安全带使碰撞事故中乘员伤亡统计数据表明，佩戴安全带使碰撞事故中乘员伤亡率减少率减少15%30% ；我国强制使用安全带条例于我国强制使用安全带条例于1993年年7月开始实施。月开始实施。 第四章第四章汽车被动安全对策汽车被动安全对策安全带对乘员的保护原理是当碰撞事故发生时，安全带对乘员的保护原理是当碰撞事故发生时，安全带起作用，将乘员安全带起作用，将乘员“束缚束缚”在座椅上，乘员的头部、在座椅上，乘员的头部、胸

31、部不至于向前撞到方向盘上、仪表板及挡风玻璃上，胸部不至于向前撞到方向盘上、仪表板及挡风玻璃上，使乘员免受车内二次碰撞的危险；同时使乘员不被抛离使乘员免受车内二次碰撞的危险；同时使乘员不被抛离座椅。事实证明，在正面碰撞、追尾碰撞及翻车事故中，座椅。事实证明，在正面碰撞、追尾碰撞及翻车事故中，普通安全带对乘员保护效果很好，尤其是对乘员头部、普通安全带对乘员保护效果很好，尤其是对乘员头部、胸部的保护。胸部的保护。 第四章第四章汽车被动安全对策汽车被动安全对策二、类型二、类型 a 两点式两点式 肩带肩带 下潜下潜, 不能有效保护腰部不能有效保护腰部 腰带腰带 上身及头部难以保护上身及头部难以保护 b

32、三点式三点式: 腰肩连续带腰肩连续带第四章第四章汽车被动安全对策汽车被动安全对策三、三、 安全带主要构件及其作用安全带主要构件及其作用织带织带：是构成安全带的本体，是一种由化学：是构成安全带的本体，是一种由化学纤维编制而成的带子，宽度一般在纤维编制而成的带子，宽度一般在48mm左右，左右，厚约厚约1.11.2mm。 第四章第四章汽车被动安全对策汽车被动安全对策2 卷收器卷收器： 用于收卷、存储部分或全部织带，并在增加某些机用于收卷、存储部分或全部织带，并在增加某些机构后起到特定作用的装置。这种卷收器装置使佩带者不构后起到特定作用的装置。这种卷收器装置使佩带者不必随时调节织带长度必随时调节织带长

33、度。第四章第四章汽车被动安全对策汽车被动安全对策紧急锁止式卷收器：紧急锁止式卷收器：第四章第四章汽车被动安全对策汽车被动安全对策复合敏感式织带拉出加速度敏感式车体加速度敏感式3 带扣带扣 a 既能把乘员约束在安全带内，又能使乘员迅速解脱。既能把乘员约束在安全带内，又能使乘员迅速解脱。 b 避免乘员肘部误碰时带扣开启避免乘员肘部误碰时带扣开启 c 耐久性、强度耐久性、强度上导向件（上导向件（D 环、调节件）环、调节件）第四章第四章汽车被动安全对策汽车被动安全对策第四节第四节 安全气囊安全气囊 一一 概述概述 气囊系统是辅助约束系统气囊系统是辅助约束系统SRS(Supplemental Restr

34、aint System)中能起到缓冲作用的一种装置，是安中能起到缓冲作用的一种装置，是安全带的辅助装置。全带的辅助装置。第四章第四章汽车被动安全对策汽车被动安全对策 功用：功用： 在汽车发生碰撞后，乘员与车内构件碰撞前，迅速的在汽车发生碰撞后，乘员与车内构件碰撞前，迅速的在二者之间打开一个充满气体的气垫，使乘员在二者之间打开一个充满气体的气垫，使乘员“扑扑”在气在气垫上，利用气囊的阻尼作用缓和冲击并吸收碰撞能量，从垫上，利用气囊的阻尼作用缓和冲击并吸收碰撞能量，从而达到减轻乘员伤害程度的目的。而达到减轻乘员伤害程度的目的。第四章第四章汽车被动安全对策汽车被动安全对策安全带与安全气囊的比较安全带

35、与安全气囊的比较 优优 点点 缺缺 点点安全安全带带避免身体翻滚，摔出避免身体翻滚，摔出车外或与车内物体二车外或与车内物体二次碰撞、多次碰撞次碰撞、多次碰撞 不能保护头部、颈部不能保护头部、颈部气囊气囊无 需 有 意 识 地 完 成无 需 有 意 识 地 完 成“佩带佩带”这一动作这一动作只对正碰、侧碰有作用，只对正碰、侧碰有作用，而在倾斜、翻滚、紧急而在倾斜、翻滚、紧急制动时不能保护乘员。制动时不能保护乘员。第三章第三章汽车被动安全对策汽车被动安全对策二二 气囊系统工作原理气囊系统工作原理 开关量开关量 气袋模块气袋模块机械式传感器机械式传感器机械开关机械开关气体发生器气体发生器气袋气袋 (

36、核心部件核心部件) 连续电量连续电量 电子式传感器电子式传感器控制模块控制模块气体发生器气体发生器气袋气袋 压电式压电式 智能控制智能控制 压阻式压阻式 判断碰撞强度判断碰撞强度 电容式电容式 (核心部件核心部件) 第三章第三章汽车被动安全对策汽车被动安全对策三三 气囊系统的组成气囊系统的组成第三章第三章汽车被动安全对策汽车被动安全对策（1）传感器）传感器：感受碰撞减速度和惯性，并将信号传至感受碰撞减速度和惯性，并将信号传至电控系统。电控系统。第三章第三章汽车被动安全对策汽车被动安全对策（2 ）电子控制系统）电子控制系统ECU（Electronic Control Unit） 监测汽车纵向减速

37、度或惯性力，经过数学计算监测汽车纵向减速度或惯性力，经过数学计算或逻辑判断确定是否发生碰撞，从而控制气囊组件或逻辑判断确定是否发生碰撞，从而控制气囊组件中的点火器引爆点火剂。中的点火器引爆点火剂。第三章第三章汽车被动安全对策汽车被动安全对策（3）气袋）气袋:气袋一般采用尼龙气袋一般采用尼龙6、尼龙、尼龙66等材料，采用机器缝制。等材料，采用机器缝制。有些气袋在缝制的时还采用粘接技术。一般留有排气孔的有些气袋在缝制的时还采用粘接技术。一般留有排气孔的气袋都采用密闭性涂层。涂层材料主要有两种，一种是广气袋都采用密闭性涂层。涂层材料主要有两种，一种是广泛采用的氯丁橡胶涂层，另一种是耐用性高的硅酮涂层

38、。泛采用的氯丁橡胶涂层，另一种是耐用性高的硅酮涂层。气袋也有采用透气织物的（无涂层），但必须解决对人体气袋也有采用透气织物的（无涂层），但必须解决对人体的灼伤问题的灼伤问题 。第三章第三章汽车被动安全对策汽车被动安全对策（4）气体发生器）气体发生器火药式：它由火箭燃料火药式：它由火箭燃料NaN3及及FeO2（或（或CuO2）等组）等组成，点火后发生如下反应：成，点火后发生如下反应：2NaN2NaN3 3+FeO(CuO)3N+FeO(CuO)3N2 2+Fe(Cu)+Na+Fe(Cu)+Na2 2O ONaNa2 2O+HO+H2 2O2NaOHO2NaOH 该种发生器点火后发生爆炸反应，产生

39、的气体温该种发生器点火后发生爆炸反应，产生的气体温度比较高，容易对人体产生灼伤。此外，点火爆炸后度比较高，容易对人体产生灼伤。此外，点火爆炸后有异味气体产生。另外，当汽车报废后，气体发生器有异味气体产生。另外，当汽车报废后，气体发生器是一个危险源，是一个危险源，NaN3有毒，易造成环境污染。该种发有毒，易造成环境污染。该种发生器体积小，气体转化率为生器体积小，气体转化率为40%左右。左右。第三章第三章汽车被动安全对策汽车被动安全对策2. 压缩气体式发生器：采用氩气作为压缩气体，点火压缩气体式发生器：采用氩气作为压缩气体，点火爆炸后压缩气体从储气罐中冲出，充满气袋。由于爆炸后压缩气体从储气罐中冲

40、出，充满气袋。由于该种发生器克服了第一种发生器的一些缺点，因此该种发生器克服了第一种发生器的一些缺点，因此正在得到广泛采用。这种发生器的缺点是压缩气体正在得到广泛采用。这种发生器的缺点是压缩气体膨胀时吸收大量热量，容易造成结霜，气体温度降膨胀时吸收大量热量，容易造成结霜，气体温度降低，膨胀效果不太理想。为解决这一问题，须采用低，膨胀效果不太理想。为解决这一问题，须采用气体加热装置，常采用气体加热装置，常采用H2和和KclO4进行加热。进行加热。第三章第三章汽车被动安全对策汽车被动安全对策3. 混合式气体发生器：将混合式气体发生器：将氢和氧混合压缩。点燃后氢和氧混合压缩。点燃后产生的热量使压缩气

41、体迅产生的热量使压缩气体迅速膨胀充满气袋。速膨胀充满气袋。第三章第三章汽车被动安全对策汽车被动安全对策汽车安全性四四 气囊系统的种类：气囊系统的种类：正碰气囊、侧碰气囊；正碰气囊、侧碰气囊；驾驶员气囊、乘员气囊。驾驶员气囊、乘员气囊。主动气囊，被动气囊；主动气囊，被动气囊；汽车安全性五五 气囊的设计气囊的设计碰撞判断准确碰撞判断准确点火时刻准确点火时刻准确 第三章第三章汽车被动安全对策汽车被动安全对策控制算法介绍控制算法介绍:a.加速度峰值法加速度峰值法第三章第三章汽车被动安全对策汽车被动安全对策b.速度变化量法（加速度积分法）：速度变化量法（加速度积分法）：twtdta(t),( wtsc.

42、加速度坡度法：对加速度求导加速度坡度法：对加速度求导-加加速度加加速度J(t)=da(t)/dt比功率法：比功率法：动能：动能： 对其求导得到功率：对其求导得到功率： 再求导得到比功率：再求导得到比功率：第三章第三章汽车被动安全对策汽车被动安全对策)(21)(2tmvtE)()(/ )()(tatmvdttdEtP/ )()()(/ )(2dttdatatvmdttdP加速度对数法加速度对数法第三章第三章汽车被动安全对策汽车被动安全对策对数法点火控制曲线图第五节第五节 能量吸收式转向柱能量吸收式转向柱 第三章第三章汽车被动安全对策汽车被动安全对策 对交通事故的研究表明，在正面碰撞事故中，头对交

43、通事故的研究表明，在正面碰撞事故中，头部与方向盘的冲撞是导致驾驶员受伤最主要的原因之一。部与方向盘的冲撞是导致驾驶员受伤最主要的原因之一。 能量吸收式转向柱能量吸收式转向柱 吸能式转向机构是一种能够在正面碰撞事吸能式转向机构是一种能够在正面碰撞事故中故中通过机构变形的方法，吸收碰撞能量通过机构变形的方法，吸收碰撞能量确保确保驾驶员有足够的生存空间，并减轻驾驶员驾驶员有足够的生存空间，并减轻驾驶员与方与方向盘的冲撞强度向盘的冲撞强度的一种被动保护装置。的一种被动保护装置。第三章第三章汽车被动安全对策汽车被动安全对策 类型：类型： 第三章第三章汽车被动安全对策汽车被动安全对策网格状管柱网格状管柱段

44、开式段开式套筒式套筒式设计中应注意的问题设计中应注意的问题 a 能量吸收原理：材料的弯曲（可变形支架）材料的变形接触摩擦剪断折断第三章第三章汽车被动安全对策汽车被动安全对策b 转向柱的安装角度对吸能效果的影响转向柱的安装角度对吸能效果的影响 21-23度度 效果最佳效果最佳 第三章第三章汽车被动安全对策汽车被动安全对策F2F1F c 能量吸收式转向柱的主要参数能量吸收式转向柱的主要参数压缩行程压缩行程 150mm以上以上最小临界压缩力最小临界压缩力 不超过不超过11kN第三章第三章汽车被动安全对策汽车被动安全对策第六节第六节 座椅及头枕座椅及头枕 一一 概述概述设计要求设计要求 a 乘坐舒适乘

45、坐舒适(合适的坐姿和体压分布）合适的坐姿和体压分布） b 有足够的刚度和强度有足够的刚度和强度 c 振动特性适应人体振动特点振动特性适应人体振动特点 d 适合不同尺寸乘员的乘坐（保证视野和操纵）适合不同尺寸乘员的乘坐（保证视野和操纵） e 结构制造简单结构制造简单构成：座椅由骨架、弹性元件、衬垫，蒙皮及构成：座椅由骨架、弹性元件、衬垫，蒙皮及调节装置组成调节装置组成第三章第三章汽车被动安全对策汽车被动安全对策二二 座椅安全性设计座椅安全性设计靠背靠背： 通过研究，人们发现靠背对于追尾碰撞的保护起到通过研究，人们发现靠背对于追尾碰撞的保护起到决定性作用。因此，靠背的设计一直把注意力放在尾部决定性

46、作用。因此，靠背的设计一直把注意力放在尾部碰撞保护上，并且产生了两种靠背强度设计概念，柔性碰撞保护上，并且产生了两种靠背强度设计概念，柔性吸能性靠背和刚性靠背。在理论上，刚性靠背的设计概吸能性靠背和刚性靠背。在理论上，刚性靠背的设计概念无可厚非，至少在高强度碰撞中，它能使头部相对于念无可厚非，至少在高强度碰撞中，它能使头部相对于胸部的运动降低到很小。但是在低强度的尾部碰撞中，胸部的运动降低到很小。但是在低强度的尾部碰撞中，刚性靠背在乘员身体沿靠背上滑、靠背对乘员产生回弹、刚性靠背在乘员身体沿靠背上滑、靠背对乘员产生回弹、乘员以非标准坐姿乘坐的情况下易引起不应有的乘员伤乘员以非标准坐姿乘坐的情况

47、下易引起不应有的乘员伤害。害。 第三章第三章汽车被动安全对策汽车被动安全对策 坐垫：坐垫： 安全带等约束系统如果脱离了座椅系统就不会有安全带等约束系统如果脱离了座椅系统就不会有任何作用。坐垫在安全带的保护过程中起着重要的作任何作用。坐垫在安全带的保护过程中起着重要的作用，它决定了碰撞中乘员垂直载荷的性质和程度。坐用，它决定了碰撞中乘员垂直载荷的性质和程度。坐垫一般不会对乘员构成直接的伤害，但坐垫的结构会垫一般不会对乘员构成直接的伤害，但坐垫的结构会影响到乘员的运动过程、约束力施加到乘员身体上的影响到乘员的运动过程、约束力施加到乘员身体上的方式及外部载荷绝对值的大小。方式及外部载荷绝对值的大小。

48、第三章第三章汽车被动安全对策汽车被动安全对策头枕：头枕： 头枕是一种用以限制乘员头部相对躯干向头枕是一种用以限制乘员头部相对躯干向后移位的弹性装置，在撞车事故发生时，可减轻后移位的弹性装置，在撞车事故发生时，可减轻乘员颈椎可能受到的损伤，尤其是汽车受到追尾乘员颈椎可能受到的损伤，尤其是汽车受到追尾碰撞时，可抑制乘员头部后倾，防止或减轻颈部碰撞时，可抑制乘员头部后倾，防止或减轻颈部损伤。损伤。 第三章第三章汽车被动安全对策汽车被动安全对策座椅总成：座椅总成：使乘员保持在自身的乘坐空间之内。使乘员保持在自身的乘坐空间之内。保持一定的姿态，才能使其他约束系保持一定的姿态，才能使其他约束系统发挥作用。

49、统发挥作用。1.吸收乘员碰撞能量。吸收乘员碰撞能量。第三章第三章汽车被动安全对策汽车被动安全对策 近年来，随着汽车工业的发展，陆续开近年来，随着汽车工业的发展，陆续开发出许多具有特殊功能的座椅，如气囊座椅、发出许多具有特殊功能的座椅，如气囊座椅、传感器座椅、冷热可调式座椅、防下滑式座传感器座椅、冷热可调式座椅、防下滑式座椅等，使汽车的乘坐舒适性、方便性及安全椅等，使汽车的乘坐舒适性、方便性及安全性得到提高。性得到提高。 第三章第三章汽车被动安全对策汽车被动安全对策第五章第五章 汽车被动安全性试验汽车被动安全性试验 第一节第一节 概述概述 汽车发生事故时评价汽车安全性能的各种实验。1 实车碰撞试

50、验2 滑车模拟碰撞试验3 台架试验第二节第二节 实车碰撞试验实车碰撞试验 一一 概述概述 从乘员保护的观点出发，以交通事故再现的方式，分析车辆碰撞过程中成员与车辆的运动状态和损伤情况，并使用假人定量的评定碰撞安全性。是综合评价汽车碰撞安全性的最基本、最有效的方法。实车碰撞属瞬时发生的猛烈冲击，车辆被破坏，不可重复。要求设备准确可靠。特点： a 与事故情形最接近 b 技术难度大，试验准备周期长 c 不可替代 二二 实车碰撞试验用主要试验设备实车碰撞试验用主要试验设备1壁障固定壁障：3mx1.5m混凝土、传感器、 胶合板 19mm 移动壁障：用于侧撞移动壁障：用于侧撞和追尾碰撞，前端是和追尾碰撞，

51、前端是蜂窝状铝材。蜂窝状铝材。 2. 2. 牵引系统：是使被试车辆或移动壁障由静止牵引系统：是使被试车辆或移动壁障由静止到产生设定的碰撞前速度的装置。到产生设定的碰撞前速度的装置。（1 1）牵引装置：）牵引装置：牵引式牵引式 ：电机带动绞盘：电机带动绞盘 发射式发射式 ：橡皮绳：橡皮绳 要求：要求：a a 准确地控制速度准确地控制速度b b 运动中加速度小于运动中加速度小于0.5g(0.5g(保证假人姿态）保证假人姿态） （2 2）制动装置）制动装置（3 3）脱钩装置：拖挂并引导车辆）脱钩装置：拖挂并引导车辆3观测地坑观测地坑4浸车环境室：浸车环境室： 在碰撞前装载假人的试验车辆必须放入能保持

52、规在碰撞前装载假人的试验车辆必须放入能保持规定温度的恒温室，即浸车环境室，以保证试验在设定定温度的恒温室，即浸车环境室，以保证试验在设定的温度下进行。的温度下进行。 FMVSS208标准规定了试验用假人的温度范围，标准规定了试验用假人的温度范围，Hybrid为为20.622.2。5照明系统：高速摄影照明系统：高速摄影6假人标定室：假人标定室：(1)头部标定：头部标定：(2)颈部标定颈部标定(3)胸部标定胸部标定(4)膝部标定膝部标定三三 实车碰撞试验程序实车碰撞试验程序 四四 其它碰撞种类其它碰撞种类正面碰撞：全宽碰撞和偏置碰撞&侧撞：移动壁障碰撞 和移动柱碰撞第三节第三节 零部件模拟碰撞试验

53、 台车试验 一一 简介简介1 目的：重现实车碰撞的动力学过程，进行乘员保护装置的性能评价和零部件的耐惯性力试验。2 原理：利用可调节机构使台车获得可重复的、实车碰撞时的车体减速度。第四章第四章汽车被动安全性试验汽车被动安全性试验3 特点：不破坏实车、再现性好、费用低。4 一般用台车与实车加速度曲线（碰撞脉冲） 的重合性来评价台车模拟精度。塑料吸能管塑料吸能管二二. .台车介绍台车介绍 聚氨酯性能与温度关系密切，使用前要按固定的温度聚氨酯性能与温度关系密切，使用前要按固定的温度进行进行24小时标态处理。一支塑料管可重复使用多次。图为小时标态处理。一支塑料管可重复使用多次。图为ECER16推荐使用

54、的塑料管和橄榄头形状。欲改变减速度波推荐使用的塑料管和橄榄头形状。欲改变减速度波形就必须形就必须改变塑料吸能器和其配对的橄榄头的直径尺寸改变塑料吸能器和其配对的橄榄头的直径尺寸。 钢板变形吸能钢板变形吸能发射型：将试件（包括假人）反装在滑发射型：将试件（包括假人）反装在滑车平台上，用预先积蓄好的能量对平台车平台上，用预先积蓄好的能量对平台加速来模拟实车环境。加速来模拟实车环境。第四节第四节 零部件台架试验静态试验：用来评价对冲击速度不敏感的部件的安全性能。动态冲击试验：测试零部件受到冲击时的吸能性。一一 车顶及侧门强度试验车顶及侧门强度试验1 车顶强度：评价汽车发生滚翻事故时为确保乘员的生存空

55、间车顶所需要的最低强度; 2 侧门强度：侧面撞车时为使车门进入车室产生的危险减至最低侧门应具有的强度; 二二 安全带及相关部件试验安全带及相关部件试验 1 安全带固定点试验 碰撞中安全带固定点应具备的最低强度(13500N) 2 织带试验静强度试验：静强度、伸长量和带扣开启力静刚度试验：伸长率和能量吸收性伸长率：在拉伸载荷达到196N状态下，在试件中间 部位向两端各100mm处标明初始点。测量拉伸载荷11000N时的两初始点间距离L。功比：当载荷从196N加至11000N时，以100mm/min的速度减载。评价前部碰撞时安全带各组件的综合强度和评价前部碰撞时安全带各组件的综合强度和综合冲击缓和

56、性综合冲击缓和性通过再现撞车时的减速度波形来实现。通过再现撞车时的减速度波形来实现。假人上参考点假人上参考点位移位移100-300mm100-300mm 假人臀参考点位移假人臀参考点位移80-200mm80-200mm 三三气囊系统试验：气囊系统试验：气袋及其组件试验气袋及其组件试验分别对气袋和气体发生器组件进行环境测试和性能测试。分别对气袋和气体发生器组件进行环境测试和性能测试。环境测试包括跌落测试、机械冲击测试、真空测试、振环境测试包括跌落测试、机械冲击测试、真空测试、振动与温度同时作用测试和热湿测试。它模拟了气袋及其动与温度同时作用测试和热湿测试。它模拟了气袋及其组件在整个寿命期间的经历

57、的环境状况，并加速其老化组件在整个寿命期间的经历的环境状况，并加速其老化和降解过程。和降解过程。匹配试验匹配试验滑车试验滑车试验实车试验（匹配）实车试验（匹配）四四 座椅及头枕试验座椅及头枕试验 a 座椅强度试验：座椅安装固定点、座椅骨架及调节装置等部分的变形及破坏情况。 b 能量吸收实验：座椅靠背和头枕的吸能性c 头枕后移量及强度试验五五 燃油箱试验燃油箱试验坠落-泄漏六六 转向系统试验转向系统试验 a 转向盘后移量（在实车碰撞时测量，48.3km/h碰撞不超过127mm） b 受冲击时的缓冲吸能性（24.1km/h碰撞受力不超过11123N ）第五节第五节 碰撞试验用人体模碰撞试验用人体模

58、型型 一一 介绍介绍 为检验汽车碰撞时汽车结构的吸能性、乘员生存空间和约束系统对人体的保护能力，在有关的动态试验标准中，都规定了人体的头部、胸部和大腿等关键部位的碰撞响应信号的限制。碰撞试验假人（Dummy)是用于评价碰撞安全性的标准人体模型。又称拟人试验装置（Anthropomorphic Test Devices)。 二二 对假人的要求对假人的要求:假人的尺寸、外形、质量、刚度和吸能性与人体相似;动力学响应特性与人体相似（生物保真度）;应能对人体相应各部分的加速度、负荷等参量进行测定;个体间的差异小，再现性好，并具有优良的耐久性。 三三 撞车试验用人体模型分类撞车试验用人体模型分类 1 成

59、年假人（不同百分位）、儿童假人（3 、6岁） 2 正碰假人、侧碰撞假人四四假人的介绍假人的介绍1 假人种类: 混合（Hybrid）II、III型 TNO10型假人（安全带动态实验用） 2 混合III型假人家族的结构特点 目前使用的假人： 由传感器、放大器、低通滤波器和数据记由传感器、放大器、低通滤波器和数据记录及采集处理系统组成。录及采集处理系统组成。 对电测量系统的要求对电测量系统的要求1 1）通道的频率等级）通道的频率等级2 2）采样频率）采样频率3）幅值分辨率）幅值分辨率 传感器传感器：加速度传感器、力传感器和位移传感器：加速度传感器、力传感器和位移传感器1 1）. . 车身加速度车身加

60、速度2 2）. . 固定壁力固定壁力3 3）. . 安全带载荷安全带载荷4 4）. . 乘员头部加速度、胸部加速度、胸部挤压变形和乘员头部加速度、胸部加速度、胸部挤压变形和大腿轴向力。大腿轴向力。5 5）. .方向盘受力方向盘受力 数据记录与采集数据记录与采集1).拖线式测量系统：放大器、拖线式测量系统：放大器、滤波器和采集系统置于地面滤波器和采集系统置于地面2).车载式测量系统：车载式测量系统：由耐冲击的半导体元件制成一体式信由耐冲击的半导体元件制成一体式信号适调、放大、滤波、数据采集系统。号适调、放大、滤波、数据采集系统。图像分析系统获得：图像分析系统获得：1.1. 车速车速2.2. 车身