分析汽車在碰撞過程中車內(nèi)乘員與車輛相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)課件

1、實(shí)驗(yàn)教學(xué)系列課件-汽車碰撞測(cè)試實(shí)驗(yàn)重慶交通大學(xué)交通運(yùn)輸工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心2010年9月 編制本節(jié)主要內(nèi)容和要求：(1) 了解汽車碰撞試驗(yàn)的意義。(2) 對(duì)汽車碰撞試驗(yàn)室的各種設(shè)備有感性的認(rèn)識(shí)。(3) 了解C-NCAP及其檢測(cè)項(xiàng)目(4) 掌握汽車被動(dòng)安全的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。 重點(diǎn)：汽車碰撞試驗(yàn)的意義所用儀器與設(shè)備室內(nèi)汽車碰撞試驗(yàn)中心，第50百分位男性Hybrid 假人。 一、理論基礎(chǔ)（1/16）目的：以再現(xiàn)交通事故的方式，分析汽車在碰撞過程中車內(nèi)乘員與車輛相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，乘員及車輛傷害狀態(tài)等，通過分析結(jié)果可以改進(jìn)車輛結(jié)構(gòu)安全性設(shè)計(jì)和增設(shè)汽車乘員保護(hù)裝置。在汽車的設(shè)計(jì)制造階段就將汽車的安全性作為極其重要的指標(biāo)

2、，并通過一系列的試驗(yàn)獲得各種關(guān)鍵數(shù)據(jù)以提高汽車的被動(dòng)安全性，最大限度的保障人員安全。 碰撞試驗(yàn)一、理論基礎(chǔ)（2/16）作用：通過對(duì)試驗(yàn)車輛上安放假人的傷害值評(píng)價(jià)，可以得到對(duì)汽車整體安全性能的綜合評(píng)價(jià)；還可以對(duì)汽車座椅、座椅頭枕、安全帶、門鎖和門鉸鏈、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、安全氣囊、油箱、兒童約束系統(tǒng)等部件進(jìn)行安全性能評(píng)價(jià)；還可以對(duì)汽車車身上的安全帶連接部、座椅連接部、車身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與吸能、車內(nèi)凸出物等方面進(jìn)行安全性能評(píng)價(jià)。 碰撞試驗(yàn)一、理論基礎(chǔ)（3/16）1主要的汽車碰撞防護(hù)裝置 (1) 安全帶：最重要，但少兒不宜。 (2) 保險(xiǎn)杠：普遍(3) 安全氣囊：保護(hù)前排乘員正側(cè)面 碰撞試驗(yàn)一、理論基礎(chǔ)（4/16）

3、2汽車碰撞試驗(yàn) 通過傷害生物力學(xué)對(duì)交通事故的保護(hù)客體人體的傷害進(jìn)行研究，了解造成傷害的機(jī)理，人體對(duì)碰撞的忍受能力，以制定傷害評(píng)價(jià)指標(biāo)，這是汽車碰撞安全性研究的基礎(chǔ)。提高汽車碰撞安全性的目的是在汽車發(fā)生碰撞時(shí)確保成員生存空間、緩和沖擊、防止發(fā)生火災(zāi)等。 碰撞試驗(yàn)一、理論基礎(chǔ)（5/16）2汽車碰撞試驗(yàn) 試驗(yàn)方法可以分成3類：實(shí)車碰撞試驗(yàn)滑車模擬碰撞試驗(yàn)臺(tái)架試驗(yàn) 碰撞試驗(yàn)一、理論基礎(chǔ)（6/16）2汽車碰撞試驗(yàn) 汽車發(fā)生事故中主要是：正面碰撞、側(cè)面碰撞、偏置碰撞、追尾碰撞和車輛翻滾等。對(duì)實(shí)車主要作正面碰撞試驗(yàn)、側(cè)面碰撞試驗(yàn)、偏置碰撞試驗(yàn)、追尾碰撞試驗(yàn)和車輛翻滾實(shí)驗(yàn)。目的是檢查保險(xiǎn)杠、車廂前部前圍板區(qū)域

4、所能吸收沖擊能量的程度，考驗(yàn)車架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，并借助車內(nèi)假人的傳感器所記錄的數(shù)據(jù)，換算出和法規(guī)相對(duì)應(yīng)的傷害指標(biāo)，判斷試驗(yàn)樣車的碰撞性能。 碰撞試驗(yàn)一、理論基礎(chǔ)（7/16）3被動(dòng)安全評(píng)價(jià) C-NCAP （China New Car Assessment Programme，即中國新車評(píng)價(jià)規(guī)程) C-NCAP將在市場(chǎng)上購買的新車型按照比我國現(xiàn)有強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)更嚴(yán)格和更全面的要求進(jìn)行碰撞安全性能測(cè)試，評(píng)價(jià)結(jié)果按星級(jí)劃分并公開發(fā)布，旨在給予消費(fèi)者系統(tǒng)、客觀的車輛信息，促進(jìn)企業(yè)按照更高的安全標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)和生產(chǎn)，從而有效減少道路交通事故的傷害及損失。 碰撞試驗(yàn)一、理論基礎(chǔ)（8/16）3被動(dòng)安全評(píng)價(jià) 1）乘員安全評(píng)價(jià)

5、碰撞試驗(yàn)假人又稱為擬人試驗(yàn)裝置，是用于評(píng)價(jià)碰撞安全性的標(biāo)準(zhǔn)人體模型，與真人盡可能相似，處于模擬的碰撞事故條件下，它的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)與相應(yīng)的人體也十分相近。 按人體類型分，假人可分為成年人假人和兒童假人。成年人假人按體型大小 還可細(xì)分，常用按體型分布比例50%取中等身材假人（即第50百分位成年男子）進(jìn)行試驗(yàn)。例如Hybrid III或EuroSID II 碰撞試驗(yàn)一、理論基礎(chǔ)（9/16）3被動(dòng)安全評(píng)價(jià) 1）乘員安全評(píng)價(jià) 根據(jù)頭部、胸部、腿部等主要部位的傷害程度將試驗(yàn)車的安全性進(jìn)行分級(jí)。具體部位如下： 頭部：模擬人的頭部是鋁制骨架，橡膠做為“皮肉”將其覆蓋，里面安裝了3個(gè)加速度傳感器用來在碰撞中測(cè)試頭

6、部受到的加速度和沖擊力。頸部：測(cè)量裝置主要測(cè)量的是在碰撞中脖子受到?jīng)_擊力的大小，受力后脖子前后彎曲和左右移動(dòng)的幅度。 碰撞試驗(yàn)一、理論基礎(chǔ)（10/16）3被動(dòng)安全評(píng)價(jià) 1）乘員安全評(píng)價(jià) 雙臂：模擬人的雙臂是沒有攜帶任何傳感器的，目前沒有一個(gè)很好的測(cè)試指標(biāo)和衡量標(biāo)準(zhǔn)。胸部(正面沖擊)：Hybrid III擁有的同比列尺寸的金屬肋骨，以用來測(cè)試前排乘員在受到正面撞擊時(shí)肋骨，胸腔受到的沖擊力已經(jīng)在沖擊下胸腔變形的幅度。胸部(側(cè)面撞擊)：側(cè)面撞擊時(shí)使用的是模擬人EuroSID II，在三根肋骨上裝載了三種不同的傳感器用來測(cè)試在側(cè)面撞擊時(shí)胸腔被壓縮的幅度和速度。 碰撞試驗(yàn)一、理論基礎(chǔ)（11/16）3被動(dòng)

7、安全評(píng)價(jià) 1）乘員安全評(píng)價(jià) 腹部：EuroSID II的腹部里裝備了一個(gè)可以測(cè)試撞擊力度的傳感器，以測(cè)試多大的撞擊力會(huì)造成腹部的傷害。骨盆：在腰部裝了一個(gè)傳感器，以記錄碰撞中多大的力會(huì)造成關(guān)節(jié)脫臼及骨盆破碎。大腿：用Hybrid III模擬人，這一測(cè)試的區(qū)域包括骨盆、大腿、膝部組成。裝在大腿內(nèi)的傳感器負(fù)責(zé)收集受到正面沖擊時(shí)的數(shù)據(jù)和記錄受到傷害的區(qū)域及程度，在較為嚴(yán)重的撞擊下股骨遭到撕裂及脫臼的情況，而一種特制的傳感器則專門負(fù)責(zé)測(cè)量駕駛員膝部受到的來自方向盤的沖擊力度。 碰撞試驗(yàn)一、理論基礎(chǔ)（12/16）3被動(dòng)安全評(píng)價(jià) 1）乘員安全評(píng)價(jià) 小腿：小腿中的傳感器負(fù)責(zé)測(cè)量模擬人小腿在遭到多大力度撞擊后

8、會(huì)發(fā)生骨折、彎曲、被擠壓等情況，同時(shí)還測(cè)試膝蓋與小腿骨，腳踝骨及與小腿骨之間連接部分受傷的幾率。腳部：測(cè)量在正面撞擊中駕駛員腳部受傷的幾率，而受傷的幾率是由于放腳的踏板附近的變形幅度和向車內(nèi)壓縮的距離決定的。 碰撞試驗(yàn)一、理論基礎(chǔ)（13/16）3被動(dòng)安全評(píng)價(jià) 1）乘員安全評(píng)價(jià) 評(píng)價(jià)指標(biāo)假人頭部傷害指數(shù)(HIC)不得大于1000。HIC計(jì)算公式為a為假人頭部質(zhì)心的合成加速度，用重力加速g的倍數(shù)表示；t1，t2為碰撞過程中所選擇的兩個(gè)時(shí)刻(s)。 碰撞試驗(yàn)一、理論基礎(chǔ)（14/16）3被動(dòng)安全評(píng)價(jià) 1）乘員安全評(píng)價(jià) 正面碰撞假人傷害評(píng)價(jià)等級(jí)項(xiàng) 目好可 以 接 受尚 可差頭部傷害指標(biāo)(HIC) 750

9、7508999009991000 胸部壓縮 50 mm5059 mm6074 mm75 mm 胸部加速度 60 g6074 g7589 g90 g 大腿軸向力 7.3 kN7.39.0 kN9.110.8 kN10.9 kN 小腿指數(shù)5010%33-40藍(lán)綠11%20%25-32 鮮綠21%35%17-24 黃36%45%9-16 紅46%1-8 黑 碰撞試驗(yàn)一、理論基礎(chǔ)（16/16）3被動(dòng)安全評(píng)價(jià) 3) 乘員約束在所有碰撞事故中須對(duì)乘員約束系統(tǒng)(座椅安全帶、座椅、安全氣囊和頭部約束)進(jìn)行評(píng)價(jià)。正面碰撞乘員安全性評(píng)價(jià)等級(jí)（詳見表5-5） 碰撞試驗(yàn)四、實(shí)驗(yàn)設(shè)備的工作原理 室內(nèi)汽車碰撞試驗(yàn)中心有碰

10、撞區(qū)、牽引系統(tǒng)、浸車環(huán)境室、照明系統(tǒng)、假人標(biāo)定室、測(cè)量分析室及車輛翻轉(zhuǎn)臺(tái)等。 碰撞試驗(yàn)四、實(shí)驗(yàn)設(shè)備的工作原理 1固定壁障（剛性壁障）固定壁障表面寬3 m、高1.5 m，厚度應(yīng)保證其質(zhì)量不低于70 t，壁障表面垂直于壁障前的路面，且覆蓋一層19 mm厚的膠合板，壁障尺寸和結(jié)構(gòu)應(yīng)足以限制其表面變形量小于車輛永久變形量的1。 碰撞試驗(yàn)四、實(shí)驗(yàn)設(shè)備的工作原理 2牽引系統(tǒng) (1) 牽引能力：車輛牽引加速度0.3g，以保證假人碰撞前的姿態(tài)。車輛牽引加速過程：車輛前半程加速、后半程勻速，速度控制精度：0.2km/h。(2) 牽引電機(jī)：采用兩臺(tái)225 kW的直流電動(dòng)機(jī)，分別驅(qū)動(dòng)兩個(gè)輪轂，牽引鋼絲繩為循環(huán)盤繞，

11、在兩個(gè)輪轂間使用液壓油缸張緊 碰撞試驗(yàn)四、實(shí)驗(yàn)設(shè)備的工作原理 3照明系統(tǒng) 實(shí)車碰撞試驗(yàn)過程中，為了分析汽車的變形形態(tài)、了解假人的運(yùn)動(dòng)形態(tài)，必須同時(shí)采用多臺(tái)高速攝影機(jī)或攝像機(jī)拍攝試驗(yàn)過程。 碰撞試驗(yàn)四、實(shí)驗(yàn)設(shè)備的工作原理 4測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量系統(tǒng)由電測(cè)量系統(tǒng)和光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)構(gòu)成。 1) 電測(cè)量系統(tǒng)用于精確地測(cè)量碰撞過程中汽車各部位的加速度響應(yīng)、對(duì)固定壁的碰撞力及乘員傷害評(píng)價(jià)用的各種響應(yīng)信號(hào)。 (1) 碰撞過程中車體加速度響應(yīng)信號(hào)一般在試驗(yàn)車車身的非壓皺區(qū)安置加速度傳感器，用于測(cè)量車輛的沖擊波形。 碰撞試驗(yàn)四、實(shí)驗(yàn)設(shè)備的工作原理 4測(cè)量系統(tǒng)1) 電測(cè)量系統(tǒng)(2) 固定壁障碰撞力 實(shí)車碰撞試驗(yàn)系統(tǒng)上都裝備有

12、固定壁測(cè)力墻，固定壁碰撞力測(cè)量墻由36個(gè)測(cè)力單元構(gòu)成。(3) 假人動(dòng)力學(xué)響應(yīng)的測(cè)量電測(cè)量系統(tǒng)可以測(cè)量碰撞過程中安全帶的張力及試驗(yàn)假人身體各部位的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)信號(hào)，用于定量地分析和評(píng)價(jià)乘員的傷害程度。 碰撞試驗(yàn)四、實(shí)驗(yàn)設(shè)備的工作原理 4測(cè)量系統(tǒng)2) 光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)高速攝影 光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)用于獲取直觀的二維影像，分析碰撞過程中車體的變形及其乘員的運(yùn)動(dòng)形態(tài)，適用于從總體上了解碰撞全過程。序列影像運(yùn)動(dòng)分析是指使用攝影機(jī)或攝像機(jī)拍攝運(yùn)動(dòng)過程中的序列影像，而后進(jìn)行定性分析和定量分析。 碰撞試驗(yàn)四、實(shí)驗(yàn)設(shè)備的工作原理 4測(cè)量系統(tǒng)2) 光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)高速攝影 定性分析：對(duì)運(yùn)動(dòng)過程的序列影像緩慢回放、逐幀分析，可以看到

13、對(duì)于人眼來說發(fā)生得太快的事件，從而分析運(yùn)動(dòng)過程中的細(xì)節(jié)。 定量分析：在拍攝前，將運(yùn)動(dòng)物體的相關(guān)點(diǎn)設(shè)置醒目的標(biāo)志點(diǎn)，對(duì)所攝取的運(yùn)動(dòng)過程的序列影像在像平面內(nèi)逐幀進(jìn)行像平面坐標(biāo)判讀，應(yīng)用攝影測(cè)量學(xué)的理論，求解待測(cè)量點(diǎn)的位置，從而獲取運(yùn)動(dòng)物體的特征參數(shù)。 碰撞試驗(yàn)四、實(shí)驗(yàn)設(shè)備的工作原理 4測(cè)量系統(tǒng)2) 光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)高速攝影 碰撞試驗(yàn)四、實(shí)驗(yàn)設(shè)備的工作原理 4測(cè)量系統(tǒng)2) 光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)高速攝影 碰撞試驗(yàn)四、實(shí)驗(yàn)設(shè)備的工作原理 攝像機(jī)編號(hào)攝像機(jī)速度拍攝位置拍攝目標(biāo)11000fps風(fēng)窗玻璃正面視野駕駛員假人和乘員假人正面運(yùn)動(dòng)形態(tài)21000fps車輛左側(cè)A柱到B柱駕駛員假人運(yùn)動(dòng)形態(tài)31000fps車輛右側(cè)B柱

14、到C柱后排假人運(yùn)動(dòng)形態(tài)41000fps壁障到車輛左側(cè)B柱車輛左側(cè)前半部分變形51000fps車輛右側(cè)A柱到B柱乘員假人運(yùn)動(dòng)形態(tài)61000fps壁障到車輛右側(cè)全視野車輛右側(cè)整體運(yùn)動(dòng)過程730fps車輛左前45車輛左側(cè)變形830fps車輛右后45車輛右側(cè)變形930fps車輛頂部視野車輛變形1030fps車輛正面視野車輛正面前部變形 碰撞試驗(yàn)五、實(shí)驗(yàn)方法和步驟(1) 在標(biāo)定室內(nèi)對(duì)假人進(jìn)行標(biāo)定。 (2) 對(duì)被測(cè)汽車進(jìn)行碰撞前準(zhǔn)備。 (3) 被測(cè)實(shí)車安裝在牽引機(jī)構(gòu)，設(shè)置好正面碰撞固定壁障。 (4) 汽車控制系統(tǒng)控制直流電動(dòng)機(jī)使實(shí)車達(dá)到試驗(yàn)測(cè)試速度和保持車速穩(wěn)定。(5) 與固定好的障礙物發(fā)生正面碰撞后，通

15、過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，采集出汽車結(jié)構(gòu)發(fā)生變形的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)假人的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。 (6) 根據(jù)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)對(duì)汽車安全性能作出綜合評(píng)價(jià)。詳見C-NCAP管理規(guī)則（2006版） 碰撞試驗(yàn)五、實(shí)驗(yàn)方法和步驟1.正面100%重疊剛性壁障碰撞試驗(yàn)試驗(yàn)車輛100%重疊正面沖擊固定剛性壁障，壁障上附以20mm 厚膠合板。碰撞速度為5001 km/h（試驗(yàn)速度不得低于50km/h）。試驗(yàn)車輛到達(dá)壁障的路線在橫向任一方向偏離理論軌跡均不得超過150mm。在前排駕駛員和乘員位置分別放置一個(gè)Hybrid III 型第50 %男性假人，用以測(cè)量前排人員受傷害情況。在第二排座椅最右側(cè)座位上放置一個(gè)Hybrid III 型第5%女性假人，試驗(yàn)時(shí)該假人需佩戴安全帶，用以考核安全帶性能，暫不對(duì)該假人傷害指數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)。在試驗(yàn)中需測(cè)量轉(zhuǎn)向管柱變形量。 碰撞試驗(yàn)五、實(shí)驗(yàn)方法和步驟2.正面40%重疊可變形壁障碰撞試驗(yàn)試驗(yàn)車輛40%重疊正面沖擊固定可變形壁障。碰撞速度為5601（試驗(yàn)速度不得低于56km/h），偏置碰撞車輛與可變形壁障碰撞重疊寬度應(yīng)在40%車寬20m