車身結(jié)構(gòu)分析汽車碰撞安全PPT課件

1、.,1,汽車碰撞安全,碰撞安全性： 1 主動安全： （1）汽車所具有的減少交通事故發(fā)生概率的能力 （2）研究內(nèi)容包括汽車的操縱穩(wěn)定性能、制動性能、燈光系統(tǒng)和駕駛員視野性能等 2 被動安全： （1）汽車所具有的在交通事故發(fā)生時保護乘員免受傷害的能力 （2）研究內(nèi)容包括車身結(jié)構(gòu)抗撞性、約束系統(tǒng)性能、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的防傷性能等,.,2,碰撞的形式,通常將汽車的碰撞形式分為正面碰撞、側(cè)面碰撞、后面碰撞和滾翻 ，在交通事故中，發(fā)生不同形式碰撞的比例不同 （1）正碰：占總數(shù)比例最高由于已采取了很多成功措施，人員死亡數(shù)只占汽車碰撞事故總死亡人數(shù)的比例并不高 （2）側(cè)碰：占總數(shù)比正碰少。由于對乘員的保護比正碰困難，

2、人員死亡數(shù)占汽車碰撞事故總死亡人數(shù)的較高 （3）滾翻：發(fā)生的比例雖很小，但死亡率很高，死亡人數(shù)占碰撞事故死亡總?cè)藬?shù)的，多數(shù)是由于乘員被甩出乘員艙造成的 （4）后碰：發(fā)生的比例也很多但通常是低速碰撞，死亡比例低，頸部的鞭梢性傷害是經(jīng)常出現(xiàn)的傷害形式,.,3,汽車被動安全法規(guī),目前，關(guān)于汽車被動安全性要求的公開規(guī)范主要有法規(guī)和民間性質(zhì)評價程序，規(guī)定了對汽車被動安全性的要求和規(guī)范化的試驗方法，為車身結(jié)構(gòu)抗撞性設(shè)計指明了目標(biāo)： （1）汽車產(chǎn)品認(rèn)證制度，是國家對汽車產(chǎn)品管理的一種方式，產(chǎn)品只有通過認(rèn)證，才能在市場上銷售。汽車安全法規(guī)已經(jīng)成為推動汽車工業(yè)技術(shù)進步和不斷提高汽車安全性的主要動力之一。 （2）

3、汽車安全性法規(guī)中比較有代表性的是美國聯(lián)邦機動車安全法規(guī)（FMVSS）歐洲法規(guī)（ECE）,.,4,3我國汽車被動安全的強制性標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī) 以歐洲ECE/EEC汽車技術(shù)法規(guī)體系為主要參考，在具體內(nèi)容上緊跟歐、美、日三大汽車法規(guī)體系的協(xié)調(diào)成果，從1993年第一批強制性標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布以來，汽車安全方面的標(biāo)準(zhǔn)共有66項，其中主動安全23項，被動安全24項，一般安全19項,.,5,駕駛員碰撞傷害原因,（1）生存空間喪失，乘員艙外部結(jié)構(gòu)的侵入或乘員艙的變形，導(dǎo)致乘員生存空間的喪失，使乘員受到擠壓或撞擊 （2）碰撞中，乘員生存空間未喪失情況下，乘員與汽車內(nèi)部結(jié)構(gòu)的碰撞或被拋出車外被稱為二次碰撞，這也是造成碰撞中乘員傷

4、害的一類主要原因，措施：座椅和安全帶對乘員的約束；通過內(nèi)部吸能裝置 （3）碰撞后不能快速逃逸與被救援 （4）碰撞火災(zāi),.,6,碰撞傷害機理,（1）頭部 （2）頸部傷害 （3）胸部損傷 （4）腹部損傷 （5）其他部位損傷,.,7,碰撞人員損傷評價指標(biāo),（1）碰撞人體響應(yīng)的安全指標(biāo)A，汽車安全法規(guī)是以人體響應(yīng)為核心定義的：人體響應(yīng)安全指標(biāo)A,為實際測得的指標(biāo),為法定規(guī)定的指標(biāo),.,8,碰撞人員損傷評價指標(biāo),（2）腦損傷：引入加權(quán)方法的碰撞加速度對事件的積分值來評價傷害指數(shù),其中為a加速度，為n加權(quán)因子，史坦?fàn)柨颂岢觯簜?cè)向加速度達到76g，撞擊時間超過20ms的為閥值，超過此限值，人腦的傷害不可逆,

5、.,9,碰撞人員損傷評價指標(biāo),頭部撞擊時SI=1000為腦震蕩容許值：,HIC值是碰撞過程中頭部受到加速度的綜合反映，和碰撞速度和作用時間相關(guān)，時間足夠大才能滿足要求：,.,10,頸部損傷示意圖（1）,.,11,100正面碰撞,（1）在這項試驗中，可以得到的最高分?jǐn)?shù)為 18 分。 （2）前排假人可以得到的最高分?jǐn)?shù)為 16 分，評分部位為假人的頭部、頸部、胸部、大腿部和小腿部，每個部位最高得分分別為 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?jǐn)?shù)為 2 分，按照女性假人身體區(qū)域被分為頭部、頸部、胸部，每個部位最高得分分別為 0.8 分、0.2 分、1 分。,.

6、,12,頭部評分,（1）高性能限值： 頭部傷害指數(shù)（HIC 1000；3ms 合成加速度值 88g （3）轉(zhuǎn)向管柱向上位移量 罰分 72mm 0 88mm 1 對于中間值，采用線性插值的方法得出相應(yīng)分?jǐn)?shù)，并采用四舍五入的方法保留到小數(shù)點后兩位。,.,13,頸部評分,（1）高性能限值： 剪切力 Fx 1.9kN (0 msec), 1.2kN (25 35 msec), 1.1 kN (45 msec) 張力 Fz 2.7kN (0 msec), 2.3kN (35 msec)， 1.1 kN ( 60 msec) 伸張彎矩 My 42Nm （2）低性能限值： 剪切力 Fx 3.1kN(0 ms

7、ec)， 1.5kN (25 35 msec)， 1.1 kN (45 msec) 張力 Fz 3.3kN ( 0 msec), 2.9kN (35 msec)， 1.1 kN (60 msec) 伸張彎矩 My 57Nm,.,14,胸部評分,（1）高性能限值： 壓縮變形量 22mm；粘性指數(shù)(VC) 0.5m/s （2）低性能限值： 壓縮變形量 50mm；粘性指數(shù)(VC) 1.0m/s （3）轉(zhuǎn)向管柱向上位移量 罰分 90mm 0 110mm 1 （4）A 柱向后位移量 罰分 100mm 0 200mm 2 對于中間值，采用線性插值的方法得出相應(yīng)分?jǐn)?shù)，并采用四舍五入的方法保留到小數(shù)點后兩位。

8、,.,15,腹部評分,（1）該部位最高得分為 4 分，最低得分為 0 分。假人腹部得分通過測量假人相關(guān)指標(biāo)而產(chǎn)生，其評價指標(biāo)為腹部力，其對應(yīng)最高分為 4 分，采用高性能限值和低性能限值來計算。 （2）高性能限值： 腹部力 1.0kN 低性能限值： 腹部力 2.5kN,.,16,大小腿評分,1、大腿 （1）高性能限值：大腿壓縮力 3.8kN； # 膝蓋滑動位移 6mm （2）低性能限值：大腿壓縮力 9.07kN （ 0 msec） # 或者7.56kN（ 10msec） 膝蓋滑動位移 15mm 2、小腿 （1）高性能限值：脛骨指數(shù)（TI）=0.4； # 小腿壓縮力=2KN （2）低性能限值：脛骨

9、指數(shù)（TI）=1.3 # 小腿壓縮力=8KN,.,17,大小腿評分,2、大腿、小腿罰分 踏板向后位移量 罰分 100mm 0 200mm 1 踏板向上位移量 罰分 72mm 0 88mm 1,.,18,骨盆評分,（1）該部位最高得分為 4 分，最低得分為 0 分。假人骨盆得分通過測量假人相關(guān)指標(biāo)而產(chǎn)生，其評價指標(biāo)為恥骨力，其對應(yīng)最高分為 4 分，采用高性能限值和低性能限值來計算。 （2）高性能限值： 恥骨力 3.0kN 低性能限值： 恥骨力 6.0kN,.,19,對汽車碰撞性能提出的要求,1：對正面障礙物的沖擊 （1）試驗中-汽車以48.3km/h的車速撞擊障礙物，轉(zhuǎn)向柱相對駕駛室的移動量不超

10、過12.7cm （2）風(fēng)窗玻璃安裝條完整性 （3）燃料系試驗車加滿90%-95%的油量沖擊試驗燃油不超出30ml，沖擊后靜力翻車試驗轉(zhuǎn)270度，每次90度，在此頭5分鐘流出量小于150ml，以后每分鐘不超出30ml,.,20,100%正面碰撞,(1)試驗車輛 100%重疊正面沖擊固定剛性壁障（試驗速度不得低于50km/h）。 (2)試驗車輛到達壁障的路線在橫向任一方向偏離理論軌跡均不得超過 150mm。 (3)在前排駕駛員和乘員位置分別放置一個 Hybrid III 型第 50 百分位男性假人，用以測量前排人員受傷害情況。在第二排座椅最左側(cè)座位上放置一個 Hybrid III 型第 5 百分位

11、女性假人，用以測量第二排人員受傷害情況。在第二排最右側(cè)座位上放置一個 P 系列 3 歲兒童假人，用以考核員約束系統(tǒng)性能及對兒童乘員的保護,.,21,GB 11551-2003,我國參照歐洲的ECE R94法規(guī)制定了國家強制標(biāo)準(zhǔn)GB 11551-2003 乘用車正面碰撞的乘員保護,.,22,40%正面碰撞,(1)試驗車輛 40%重疊正面沖擊固定可變形吸能壁障。碰撞速度為 6365km/h; (2)偏置碰撞車輛與可變形壁障碰撞重疊寬度應(yīng)在 40%車寬20mm 的范圍內(nèi)。 (3)在前排駕駛員和乘員位置分別放置一個Hybrid III 型第 50 百分位男性假人，用以測量前排人員受傷害情況。在第二排座

12、椅最左側(cè)座位上放置一個 Hybrid III 型第 5 百分位女性假人，用以測量第二排人員受傷害情況。,.,23,.,24,對汽車碰撞性能提出的要求,.,25,前碰載荷傳遞路徑,.,26,前碰,.,27,后碰,（1）將試驗車輛駕駛員側(cè)座椅及約束系統(tǒng)仿照原車結(jié)構(gòu)，固定安裝在移動滑車上，滑車以速度變化量為 16km/h 的特定加速度波形發(fā)射，模擬后碰撞過程。 (2)座椅上放置 BioRID II 型假人，通過測量后碰撞過程中頸部受到的傷害情況，用以評價車輛座椅頭枕對乘員頸部的保護效果。,.,28,對汽車碰撞性能提出的要求,2: 后碰 車輛解除制動，變速器置空檔，受到48.3km/h，8800kg的

13、擺錘或障礙物沖擊燃料不得超出正碰規(guī)定,.,29,后碰,.,30,后碰載荷傳遞路徑,.,31,.,32,可變壁障側(cè)碰,(1)移動臺車前端加裝可變形吸能壁障沖擊試驗車輛駕駛員側(cè)，移動壁障行駛方向與試驗車輛垂直，移動壁障中心線對準(zhǔn)試驗車輛 R 點，碰撞速度為 （試驗速度不得低于 50km/h）；移動壁障的縱向中垂面與試驗車輛上通過碰撞側(cè)前排座椅 R 點的橫斷垂面之間的距離應(yīng)在25mm內(nèi)。 （2）在駕駛員位置放置一個 EuroSID II 型假人, 用以測量駕駛員位置受傷害情況。在第二排座 椅被撞擊側(cè)放置 SID-IIs（D 版）假人，用以測量第二排人員受傷害情況。（詳見第四章規(guī)定的碰 撞試驗方法）,

14、.,33,對汽車碰撞性能提出的要求,3：側(cè)向移動障礙物對汽車的沖擊： 32.2km/h，8800kg的障礙物沿垂直汽車縱軸方向沖擊汽車（接觸面），燃油流出量不超出正碰規(guī)定,.,34,可變壁障側(cè)碰,.,35,側(cè)碰載荷傳遞路徑,.,36,可變壁障側(cè)碰,.,37,可變壁障側(cè)碰,.,38,對汽車碰撞性能提出的要求,4 ：車頂抗壓強度： 加載的力為1.5倍車身或22240N之間較小者位移量不超出127mm,前視,側(cè)視,.,39,抗壓傳遞路線圖,.,40,車門鉸柱靜力強度測試,按照國標(biāo)GB15086-2013規(guī)定 （1）車門鉸柱可承受11000N的縱向載荷，鉸柱機構(gòu)不脫開； （2）車門鉸柱可承受9000N

15、的垂直向載荷，鉸柱機構(gòu)不脫落。,.,41,車頂抗壓強度,.,42,對汽車碰撞性能提出的要求,翻滾試驗示意圖：臺車,.,43,.,44,對汽車碰撞性能提出的要求,5： 車內(nèi)乘員保護 人頭模型已24km/h的速度撞擊儀表等，若任何時刻人頭產(chǎn)生的加速度值超過80g，那么持續(xù)時間不得超過3ms,.,45,碰撞人員損傷評價指標(biāo),（2）胸部忍受撞擊的評價價指標(biāo)： FMSS208規(guī)定，碰撞時間大于30ms的加速度不得超過60g，胸部壓縮量小于76.2mm （3）其他部位的撞擊極限性能指標(biāo),.,46,車身抗撞設(shè)計要求,1：正碰 （1）確保乘員生存空間，減小乘員艙變形和對乘員艙的侵入 （2）減小車身減速度 （3

16、）碰撞過程中車門不能打開，碰撞后可以不使用工具可以打開車門,.,47,車身抗撞設(shè)計要求,.,48,車身抗撞設(shè)計要求,2：抗側(cè)面碰撞設(shè)計應(yīng)當(dāng)以減小乘員艙侵入、維持乘員生存空間為重點 1）減小側(cè)圍結(jié)構(gòu)對乘員艙的侵入量，防止侵入量過大時對乘員的擠壓傷害 2）減小側(cè)圍結(jié)構(gòu)對乘員艙的侵入速度，特別是與乘員接觸時車門的速度，減輕對乘員的撞擊力 3）碰撞過程中車門不能打開，碰撞后可以不使用工具打開非碰撞側(cè)的車門,.,49,車身抗撞設(shè)計要求,3：后碰 （1）減小乘員艙變形。通常用后排座位R點的前移量來衡量 （2）減小碰撞中車身的減速度，減輕乘員的鞭梢性傷害 （3）碰撞中維持油箱的存放空間，減小對油箱、油路擠壓

17、,.,50,車身抗撞設(shè)計要求,4：碰撞后翻車或道路側(cè)翻 1）減小乘員艙的變形量，特別是車頂?shù)淖冃?2）要求碰撞過程中車門不能打開。碰撞后可以不使用工具打開車門,.,51,車身抗撞設(shè)計要求,5：低速碰撞 （1）主要避免汽車重要部件的損壞，減少因撞車帶來的維修費用 （2）要求設(shè)置低速碰撞吸能區(qū)，使低速碰撞車輛的動能主要通過低速碰撞吸能區(qū)的變形被吸收，并盡量不使低速碰撞吸能區(qū)后部的車身主要結(jié)構(gòu)發(fā)生永久變形,.,52,車身抗撞設(shè)計要求,6：撞行人時，汽車對行人的傷害一般包括： （1）一次碰撞時由保險杠、前散熱器罩和發(fā)動機罩前端等產(chǎn)生的下肢傷害 （2）行人與發(fā)動機罩、擋風(fēng)玻璃等二次碰撞時的頭部傷害 （3

18、）受撞擊后的行人與路面三次碰撞產(chǎn)生的傷害 車身結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)將相關(guān)部位的剛度設(shè)計得軟些，以緩沖對人體的撞擊，在行人保護措施中，應(yīng)防止凸出物對行人傷害。,.,53,車身抗撞設(shè)計要求,行人撞壓模塊圖,.,54,碰撞區(qū)域，預(yù)留變形空間,基于行人保護的發(fā)動機罩鉸鏈的設(shè)計,基于行人保護的各種發(fā)動機罩內(nèi)板加強筋,基于行人保護保險杠,車身耐撞性設(shè)計,.,55,行人保護系統(tǒng),車身耐撞性設(shè)計,行人安全氣囊,主動式發(fā)動機罩,行人探測儀,帶有緩沖減震器的保險杠,.,56,汽車碰撞安全改進措施,碰撞安全分兩部分進行，一是汽車車身結(jié)構(gòu)緩沖設(shè)計和吸能設(shè)計，二是對車內(nèi)人員進行的保護性設(shè)計。第一項措施： （1）保險杠 （2）車

19、頭車尾軟設(shè)計，防止發(fā)動機進入駕駛室 （3）薄板截面和厚度設(shè)計 （4）薄壁件預(yù)變形技術(shù)設(shè)計，強化和弱化一些部位，使產(chǎn)生皺紋增大吸能量 （5）焊點和焊接形式設(shè)計 （6）結(jié)構(gòu)吸能設(shè)計,.,57,汽車碰撞安全改進措施,第二項措施，汽車乘員保護： （1）采用帶緩沖裝置的安全轉(zhuǎn)向機構(gòu) （2）采用安全帶安全氣囊 （3）座椅設(shè)計（剛度足夠，考慮安裝強度） （4）座椅頭枕設(shè)計 （5）儀表系列軟化，抗沖擊，不宜破碎 （6）提高車頂抗撞壓能力,.,58,車身耐撞性,乘員約束與保護系統(tǒng)人為地控制與約束乘員在碰撞過程中的運動響應(yīng)，用各種保護裝置盡可能地降低傷害,可潰式轉(zhuǎn)向管柱,可潰式踏板,安全座椅,正面安全氣囊,側(cè)面安

20、全氣囊,.,59,防側(cè)碰B柱和門縱梁加強,1,.,60,吸能保險杠設(shè)計（1）,.,61,吸能保險杠（2）,.,62,吸能保險杠安裝波紋管（3）,.,63,撞行人車頭部軟設(shè)計,.,64,3：其它措施 發(fā)動機前置前驅(qū)動汽車的動力總成位于發(fā)動機艙中，在碰撞中基本不變形，為防止動力總成侵入乘員艙，可采取措施使其受到撞擊后向后下方移動,碰撞時能使發(fā)動機向下移動的結(jié)構(gòu)措施,.,65,薄壁材料折疊壓縮變形,.,66,薄壁梁彎曲變形（不可預(yù)測）,.,67,薄壁梁彎曲變形形成塑性鉸,.,68,薄壁結(jié)構(gòu)觸發(fā)結(jié)構(gòu)設(shè)計示例,.,69,碰撞分析,.,70,車身碰撞能量分析,碰撞中車輛是通過結(jié)構(gòu)吸能來緩沖撞擊的，了解碰撞中結(jié)構(gòu)內(nèi)能分析項目 （1）碰撞過程中汽車總內(nèi)能和總動能的變化情況 （2）單個部件內(nèi)能的變化情況 （3）各零件吸能多少的比較,.,71,車身碰撞力分析,力分析 （1）分析碰撞載荷在結(jié)構(gòu)中的傳遞情況，找到載荷傳遞的主要路徑和次要路徑，并據(jù)此開展設(shè)計 （2）對于截面內(nèi)力，只要定義了截面，就可以得到這個計算結(jié)果。,.,72,汽車碰撞變形分析,變形分析 碰撞過程中對乘員艙的