3汽车安全技术-汽车碰撞安全性设计概要

1、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例为基础。 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

2、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。 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 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。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

3、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。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

4、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。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。 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

5、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、高速摄影测量系统、测试用假人。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3.3 数学分析法解析法多刚体动力学法有限元法仿真：汽车碰撞力学仿真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

6、结构设计初期的碰撞概算优势：建立分析模型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、机器人等的基础有限元法20世纪80年代发展和完善的计算方法 10ms时的碰撞变形40ms时的碰撞变形分析软件：DYNA 3D（LS-DYNA3D、OASYS -DYNA3D）美国及英国早期应用广泛PAM-CRASH起源法国，早期欧洲应用较多三维造型和分析软件UGCATIA碰撞安全分析工程师 结构碰撞分析 乘员保护分析 安全开发 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

7、件（Hypermesh，LS-DYNA，MADYMO， PAM-CRASH）的应用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a)焊点开裂，弯折变形 b)焊点未开裂，产生充分皱褶变形壁厚与吸能 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