车身结构分析汽车碰撞安全.pptx

汽车碰撞安全碰撞安全性：1 主动安全：（1）汽车所具有的减少交通事故发生概率的能力（2）研究内容包括汽车的操纵稳定性能、制动性能、灯光系统和驾驶员视野性能等2 被动安全：（1）汽车所具有的在交通事故发生时保护乘员免受伤害的能力（2）研究内容包括车身结构抗撞性、约束系统性能、转向系统的防伤性能等碰撞的形式 通常将汽车的碰撞形式分为正面碰撞、侧面碰撞、后面碰撞和滚翻，在交通事故中，发生不同形式碰撞的比例不同 （1）正碰：占总数比例最高由于已采取了很多成功措施，人员死亡数只占汽车碰撞事故总死亡人数的比例并不高 （2）侧碰：占总数比正碰少。由于对乘员的保护比正碰困难，人员死亡数占汽车碰撞事故总死亡人数的较高 （3）滚翻：发生的比例虽很小，但死亡率很高，死亡人数占碰撞事故死亡总人数的，多数是由于乘员被甩出乘员舱造成的 （4）后碰：发生的比例也很小且通常是低速碰撞，死亡比例低，颈部的鞭梢性伤害是经常出现的伤害形式汽车被动安全法规 目前，关于汽车被动安全性要求的公开规范主要有法规和民间性质评价程序，规定了对汽车被动安全性的要求和规范化的试验方法，为车身结构抗撞性设计指明了目标：（1）汽车产品认证制度，是国家对汽车产品管理的一种方式，产品只有通过认证，才能在市场上销售。汽车安全法规已经成为推动汽车工业技术进步和不断提高汽车安全性的主要动力之一。（2）汽车安全性法规中比较有代表性的是美国联邦机动车安全法规（FMVSS）欧洲法规（ECE）1美国汽车被动安全法规美国汽车被动安全法规2 2欧洲汽车被动安全法规欧洲汽车被动安全法规欧洲汽车被动安全法规欧洲汽车被动安全法规 3 3我国汽车被动安全的强制性标准和法规我国汽车被动安全的强制性标准和法规 以欧洲ECE/EEC汽车技术法规体系为主要参考，在具体内容上紧跟欧、美、日三大汽车法规体系的协调成果，从1993年第一批强制性标准发布以来，汽车安全方面的标准共有66项，其中主动安全23项，被动安全24项，一般安全19项驾驶员碰撞伤害原因 （1）生存空间丧失，乘员舱外部结构的侵入或乘员舱的变形，导致乘员生存空间的丧失，使乘员受到挤压或撞击（2）碰撞中，乘员生存空间未丧失情况下，乘员与汽车内部结构的碰撞或被抛出车外被称为二次碰撞，这也是造成碰撞中乘员伤害的一类主要原因，措施：座椅和安全带对乘员的约束；通过内部吸能装置（3）碰撞后不能快速逃逸与被救援（4）碰撞火灾碰撞伤害机理 （1）头部 （2）颈部伤害 （3）胸部损伤 （4）腹部损伤 （5）其他部位损伤碰撞人员损伤评价指标（1）碰撞人体响应的安全指标A，汽车安全法规是以人体响应为核心定义的：人体响应安全指标A为实际测得的指标为法定规定的指标碰撞人员损伤评价指标 （2）脑损伤：引入加权方法的碰撞加速度对事件的积分值来评价伤害指数 其中为其中为a a加速度，为加速度，为n n加权因子，史坦尔克提出：加权因子，史坦尔克提出：侧向加速度达到侧向加速度达到76g76g，撞击时间超过，撞击时间超过20ms20ms的为阀值，的为阀值，超过此限值，人脑的伤害不可逆超过此限值，人脑的伤害不可逆碰撞人员损伤评价指标 头部撞击时SI=1000为脑震荡容许值：HIC值是碰撞过程中头部受到加速度的综合反映，和碰撞速度和作用时间相关，时间足够大才能满足要求：颈部损伤示意图（1）100正面碰撞 （1）在这项试验中，可以得到的最高分数为 18 分。（2）前排假人可以得到的最高分数为 16 分，评分部位为假人的头部、颈部、胸部、大腿部和小腿部，每个部位最高得分分别为 5 分、2 分、5 分、2 分和 2 分。（3）第二排女性假人可以得到的最高分数为 2 分，按照女性假人身体区域被分为头部、颈部、胸部，每个部位最高得分分别为 0.8 分、0.2 分、1 分。头部评分 （1）高性能限值：头部伤害指数（HIC 1000；3ms 合成加速度值 88g （3）转向管柱向上位移量 罚分 72mm 0 88mm 1 对于中间值，采用线性插值的方法得出相应分数，并采用四舍五入的方法保留到小数点后两位。颈部评分 （1）高性能限值：剪切力 Fx 1.9kN(0 msec),1.2kN(25 35 msec),1.1 kN(45 msec)张力 Fz 2.7kN(0 msec),2.3kN(35 msec)，1.1 kN(60 msec)伸张弯矩 My 42Nm （2）低性能限值：剪切力 Fx 3.1kN(0 msec)，1.5kN(25 35 msec)，1.1 kN(45 msec)张力 Fz 3.3kN(0 msec),2.9kN(35 msec)，1.1 kN(60 msec)伸张弯矩 My 57Nm胸部评分 （1）高性能限值：压缩变形量 22mm；粘性指数(VC)0.5m/s （2）低性能限值：压缩变形量 50mm；粘性指数(VC)1.0m/s （3）转向管柱向上位移量 罚分 90mm 0 110mm 1 （4）A 柱向后位移量 罚分 100mm 0 200mm 2 对于中间值，采用线性插值的方法得出相应分数，并采用四舍五入的方法保留到小数点后两位。腹部评分 （1）该部位最高得分为 4 分，最低得分为 0 分。假人腹部得分通过测量假人相关指标而产生，其评价指标为腹部力，其对应最高分为 4 分，采用高性能限值和低性能限值来计算。（2）高性能限值：腹部力 1.0kN 低性能限值：腹部力 2.5kN 大小腿评分1、大腿（1）高性能限值：大腿压缩力 3.8kN；#膝盖滑动位移 6mm（2）低性能限值：大腿压缩力 9.07kN（0 msec）#或者7.56kN 10msec 膝盖滑动位移 15mm2、小腿（1）高性能限值：胫骨指数（TI）=0.4；#小腿压缩力=2KN（2）低性能限值：胫骨指数（TI）=1.3#小腿压缩力=8KN 大小腿评分1、大腿、小腿罚分 踏板向后位移量 罚分 100mm 0 200mm 1 踏板向上位移量 罚分 72mm 0 88mm 1 骨盆评分 （1）该部位最高得分为 4 分，最低得分为 0 分。假人骨盆得分通过测量假人相关指标而产生，其评价指标为耻骨力，其对应最高分为 4 分，采用高性能限值和低性能限值来计算。（2）高性能限值：耻骨力 3.0kN 低性能限值：耻骨力 6.0kN 对汽车碰撞性能提出的要求 1：对正面障碍物的冲击（1）试验中-汽车以48.3km/h的车速撞击障碍物，转向柱相对驾驶室的移动量不超过12.7cm（2）风窗玻璃安装条完整性（3）燃料系试验车加满90%-95%的油量冲击试验燃油不超出30ml，冲击后静力翻车试验转270度，每次90度，在此头5分钟流出量小于150ml，以后每分钟不超出30ml100%正面碰撞 (1)试验车辆 100%重叠正面冲击固定刚性壁障（试验速度不得低于50km/h）。(2)试验车辆到达壁障的路线在横向任一方向偏离理论轨迹均不得超过 150mm。(3)在前排驾驶员和乘员位置分别放置一个 Hybrid III 型第 50 百分位男性假人，用以测量前排人员受伤害情况。在第二排座椅最左侧座位上放置一个 Hybrid III 型第 5 百分位女性假人，用以测量第二排人员受伤害情况。在第二排最右侧座位上放置一个 P 系列 3 岁儿童假人，用以考核员约束系统性能及对儿童乘员的保护GB 11551-2003 我国参照欧洲的ECE R94法规制定了国家强制标准GB 11551-2003 乘用车正面碰撞的乘员保护40%正面碰撞 (1)试验车辆 40%重叠正面冲击固定可变形吸能壁障。碰撞速度为 6365km/h;(2)偏置碰撞车辆与可变形壁障碰撞重叠宽度应在 40%车宽20mm 的范围内。(3)在前排驾驶员和乘员位置分别放置一个Hybrid III 型第 50 百分位男性假人，用以测量前排人员受伤害情况。在第二排座椅最左侧座位上放置一个 Hybrid III 型第 5 百分位女性假人，用以测量第二排人员受伤害情况。对汽车碰撞性能提出的要求前碰载荷传递路径前碰后碰 （1）将试验车辆驾驶员侧座椅及约束系统仿照原车结构，固定安装在移动滑车上，滑车以速度变化量为 16km/h 的特定加速度波形发射，模拟后碰撞过程。(2)座椅上放置 BioRID II 型假人，通过测量后碰撞过程中颈部受到的伤害情况，用以评价车辆座椅头枕对乘员颈部的保护效果。对汽车碰撞性能提出的要求 2:后碰 车辆解除制动，变速器置空档，受到48.3km/h，8800kg的摆锤或障碍物冲击燃料不得超出正碰规定后碰后碰载荷传递路径可变壁障侧碰 (1)移动台车前端加装可变形吸能壁障冲击试验车辆驾驶员侧，移动壁障行驶方向与试验车辆垂直，移动壁障中心线对准试验车辆 R 点，碰撞速度为（试验速度不得低于 50km/h）；移动壁障的纵向中垂面与试验车辆上通过碰撞侧前排座椅 R 点的横断垂面之间的距离应在25mm内。（2）在驾驶员位置放置一个 EuroSID II 型假人,用以测量驾驶员位置受伤害情况。在第二排座椅被撞击侧放置 SID-IIs（D 版）假人，用以测量第二排人员受伤害情况。（详见第四章规定的碰撞试验方法）对汽车碰撞性能提出的要求 3：侧向移动障碍物对汽车的冲击：32.2km/h，8800kg的障碍物沿垂直汽车纵轴方向冲击汽车（接触面），燃油流出量不超出正碰规定可变壁障侧碰侧碰载荷传递路径可变壁障侧碰可变壁障侧碰对汽车碰撞性能提出的要求 4：车顶抗压强度：加载的力为1.5倍车身或22240N之间较小者位移量不超出127mm前视侧视抗压传递路线图车门铰柱静力强度测试按照国标GB15086-2013规定 （1）车门铰柱可承受11000N的纵向载荷，铰柱机构不脱开；（2）车门铰柱可承受9000N的垂直向载荷，铰柱机构不脱落。车顶抗压强度对汽车碰撞性能提出的要求 翻滚试验示意图：台车对汽车碰撞性能提出的要求 5：车内乘员保护 人头模型已24km/h的速度撞击仪表等，若任何时刻人头产生的加速度值超过80g，那么持续时间不得超过3ms碰撞人员损伤评价指标（2）胸部忍受撞击的评价价指标：FMSS208规定，碰撞时间大于30ms的加速度不得超过60g，胸部压缩量小于76.2mm （3）其他部位的撞击极限性能指标车身抗撞设计要求 1：正碰（1）确保乘员生存空间，减小乘员舱变形和对乘员舱的侵入（2）减小车身减速度（3）碰撞过程中车门不能打开，碰撞后可以不使用工具可以打开车门车身抗撞设计要求车身抗撞设计要求 2：抗侧面碰撞设计应当以减小乘员舱侵入、维持乘员生存空间为重点 1）减小侧围结构对乘员舱的侵入量，防止侵入量过大时对乘员的挤压伤害 2）减小侧围结构对乘员舱的侵入速度，特别是与乘员接触时车门的速度，减轻对乘员的撞击力 3）碰撞过程中车门不能打开，碰撞后可以不使用工具打开非碰撞侧的车门车身抗撞设计要求 3：后碰 （1）减小乘员舱变形。通常用后排座位R点的前移量来衡量 （2）减小碰撞中车身的减速度，减轻乘员的鞭梢性伤害 （3）碰撞中维持油箱的存放空间，减小对油箱、油路挤压车身抗撞设计要求4：碰撞后翻车或道路侧翻 1）减小乘员舱的变形量，特别是车顶的变形 2）要求碰撞过程中车门不能打开。碰撞后可以不使用工具打开车门车身抗撞设计要求 5 5：低速碰撞：低速碰撞（1 1）主要避免汽车重要部件的损坏，减少因撞）主要避免汽车重要部件的损坏，减少因撞车带来的维修费用车带来的维修费用（2 2）要求设置低速碰撞吸能区，使低速碰撞车）要求设置低速碰撞吸能区，使低速碰撞车辆的动能主要通过低速碰撞吸能区的变形被吸辆的动能主要通过低速碰撞吸能区的变形被吸收，并尽量不使低速碰撞吸能区后部的车身主收，并尽量不使低速碰撞吸能区后部的车身主要结构发生永久变形要结构发生永久变形车身抗撞设计要求6 6：撞行人时，汽车对行人的伤害一般包括：撞行人时，汽车对行人的伤害一般包括：（1 1）一次碰撞时由保险杠、前散热器罩和发动机罩）一次碰撞时由保险杠、前散热器罩和发动机罩前端等产生的下肢伤害前端等产生的下肢伤害（2 2）行人与发动机罩、挡风玻璃等二次碰撞时的头）行人与发动机罩、挡风玻璃等二次碰撞时的头部伤害部伤害（3 3）受撞击后的行人与路面三次碰撞产生的伤害）受撞击后的行人与路面三次碰撞产生的伤害 车身结构设计时应将相关部位的刚度设计得软些，以车身结构设计时应将相关部位的刚度设计得软些，以缓冲对人体的撞击，在行人保护措施中，应防止凸缓冲对人体的撞击，在行人保护措施中，应防止凸出物对行人伤害。出物对行人伤害。汽车碰撞安全改进措施 碰撞安全分两部分进行，一是汽车车身结构缓冲设计和吸能设计，二是对车内人员进行的保护性设计。第一项措施：（1）保险杠 （2）车头车尾软设计，防止发动机进入驾驶室 （3）薄板截面和厚度设计 （4）薄壁件预变形技术设计，强化和弱化一些部位，使产生皱纹增大吸能量 （5）焊点和焊接形式设计 （6）结构吸能设计汽车碰撞安全改进措施第二项措施，汽车乘员保护：（1）采用带缓冲装置的安全转向机构（2）采用安全带安全气囊（3）座椅设计（刚度足够，考虑安装强度）（4）座椅头枕设计（5）仪表系列软化，抗冲击，不宜破碎（6）提高车顶抗撞压能力防侧碰B柱和门纵梁加强1碰撞区域，预留变形空间碰撞区域，预留变形空间基于行人保护的发动机罩铰链的设计基于行人保护的发动机罩铰链的设计 基于行人保护的各种发动机罩内板加强筋基于行人保护的各种发动机罩内板加强筋 基于行人保护保险杠基于行人保护保险杠 车身耐撞性设计车身耐撞性设计车身耐撞性设计车身耐撞性设计l 乘员约束与保护系统乘员约束与保护系统人为地控制与约束乘员在碰撞过程中的人为地控制与约束乘员在碰撞过程中的运动响应，用各种保护装置尽可能地降低伤害运动响应，用各种保护装置尽可能地降低伤害 可溃式转向管柱可溃式转向管柱 可溃式踏板可溃式踏板安全座椅安全座椅 正面安全气囊 侧面安全气囊侧面安全气囊l 行人保护系统行人保护系统 车身耐撞性设计车身耐撞性设计行人安全气囊行人安全气囊主动式发动机罩主动式发动机罩行人探测仪行人探测仪带有缓冲减震器的保险杠带有缓冲减震器的保险杠 车身抗撞设计要求行人撞压模块图行人撞压模块图吸能保险杠设计（1）吸能保险杠（2）吸能保险杠安装波纹管（3）撞行人车头部软设计3 3：其它措施：其它措施 发动机前置前驱动汽车的动力总成位于发动机舱中，在碰撞中基本不变形，为防止动力总成侵入乘员舱，可采取措施使其受到撞击后向后下方移动碰撞时能使发动机向下移动的结构措施薄壁材料折叠压缩变形薄壁梁弯曲变形（不可预测）薄壁梁弯曲变形形成塑性铰薄壁结构触发结构设计示例碰撞分析车身碰撞能量分析 碰撞中车辆是通过结构吸能来缓冲撞击的，了解碰撞中结构内能分析项目（1）碰撞过程中汽车总内能和总动能的变化情况（2）单个部件内能的变化情况（3）各零件吸能多少的比较 碰撞测试车身碰撞力分析力分析力分析（1）分析碰撞载荷在结构中的传递情况，找到载荷传递的主要路径和次要路径，并据此开展设计（2）对于截面内力，只要定义了截面，就可以得到这个计算结果。汽车碰撞变形分析 变形分析 碰撞过程中对乘员舱的侵入是衡量车身结构抗撞性的主要内容，可通过取碰撞过程中基本不变形区上的一个点作为参考点，来进行各点的位移描述车身碰撞刚度分析（1）合理组织车身结构各部位的刚度是结构抗撞性设计的重要内容（2）通常分析其受力与变形的关系曲线。得到碰撞过程中结构截面（3）得出内力的时间历程曲线和变形的时间历程曲线后，可绘出结构的刚度特性曲线 碰撞速度和减速分析时序分析 （1）速度分析也是经常分析的项目，如侧面碰撞中车门对乘员舱的侵入速度对于乘员伤害的情况就很重要 （2）侧碰中车门对乘员舱的侵入速度可以通过目标点与参考点速度时间历程曲线相减得到 （3）要求参考点是车身上基本不变形的点，如侧面碰撞中非撞击侧门槛梁上的节点 （4）减速度分析建立减速度随时间变化的曲线 （5）碰撞时序分析的内容是各零件在碰撞过程中参与碰撞变形或受力的时间顺序，将这种分析与前面的分析内容结合起来，往往可以发现结构设计与碰撞结果的关联车身结构抗撞性试验（1）对结构抗撞性分析、设计和评价所进行的试验（2）按照试验用途，可分为n开发性试验：用于参数获取、仿真模型验证、设计方案研究等n检验或认证性试验：用于整车和部件抗撞性评价（3）按照试验对象可分为n整车试验n部件试验（4）按照试验方法，可分为n实车试验n台车、台架试验 通用五菱微型汽车碰撞试验 （碰撞速度48km/h）通用五菱微型车碰撞（假人）头部加速度速度曲线五菱微型车碰撞车身加速度（碰撞速度48km/h）五菱微型车试验结果汇总