第4章_汽车被动安全性

null第4章 汽车被动安全性第4章 汽车被动安全性4.1 概述 4.2 车身结构 4.3 安全带 4.4 安全气囊 4.5 座椅 4.6 转向系 **4.1 概述4.1 概述被动安全性 指事故发生时保护乘员和步行者，使直接损失降至最低的能力。 分为车外被动安全性和车内被动安全性 一次碰撞 （汽车与障碍碰撞）和二次碰撞 （驾驶员与车内物体碰撞） 被动安全系统 安全车身结构  外部安全 乘员保护系统  内部安全 **4.2 安全车身结构4.2 安全车身结构功能 尽可能缓冲和吸收车辆及乘员运动能量 确何乘员有效生存空间，且易于逃脱和车外救护**4.2.1 车身变形特性—碰撞形式4.2.1 车身变形特性—碰撞形式前碰撞 侧面碰撞 追尾碰撞 翻滚**4.2.1车身变形特性—正面碰撞4.2.1车身变形特性—正面碰撞**4.2.1车身变形特性—正面碰撞4.2.1车身变形特性—正面碰撞**4.2.1车身变形特性—正面碰撞4.2.1车身变形特性—正面碰撞**测试车辆以55～56km/h的速度撞向刚性壁障，车前部发生了吸能溃缩形变.测试车辆以55～56km/h的速度撞向刚性壁障，车前部发生了吸能溃缩形变.**4.2.1 车身变形特性—侧面碰撞4.2.1 车身变形特性—侧面碰撞侧面碰撞时载荷传递路径**4.2.1 车身变形特性— 侧面碰撞4.2.1 车身变形特性— 侧面碰撞**4.2.1车身变形特性—侧面碰撞4.2.1车身变形特性—侧面碰撞**4.2.1 车身变形特性—侧面碰撞4.2.1 车身变形特性—侧面碰撞**4.2.1 车身变形特性—侧面碰撞4.2.1 车身变形特性—侧面碰撞**4.2.1 车身变形特性—追尾4.2.1 车身变形特性—追尾汽车防撞钢梁（视频） 一辆车应该有 前后两根防撞U型 钢梁（3mm厚)。 前面一根，在正面 碰撞时候起作用， 后面一根，在被追 尾时候起作用。 **4.2.2 车身结构安全4.2.2 车身结构安全设计理想的安全汽车结构变形 P85,图4-4**4.2.2 车身结构安全设计4.2.2 车身结构安全设计1. 前保险杠（图4-6） 作用：吸能，避免重要部件损坏 分类：阻尼型，弹性型等 2.后保险杠 3.侧围保险杠 4. 吸能车架（图4-7） 5.翻车安全对策**nullnull本田雅阁被动安全本田雅阁车身被动安全技术null**本田雅阁车身被动安全技术7. 翻车安全对策7. 翻车安全对策4.2.3 车身碰撞过程的数据4.2.3 车身碰撞过程的数据分析1. 车身碰撞有限元分析过程 P89,图4-9,图4-10 2.车身碰撞过程的计算机仿真 1)多刚体动力学方法 采用 MVMA2D,MADYM02D等软件 2)动态大变形非线性有限元法 3)多刚体动力学和动态大变形非线性有限元混合法4.2.3 车身碰撞过程的数据分析4.2.3 车身碰撞过程的数据分析基于Hyperworks的车身碰撞有限元分析 A car’s colliding with wall based on Hyperworks finite element software   长安大学 袁显举 本文利用Hyperworks有限元软件的高精度计算能力来分析车身的刚性碰撞，同时对碰撞过程中乘员的姿态变化以及所受冲击进行简单模拟。最终通过分析结果对车身的设计参数提出修改意见。 null赛车车身空气动力学计算机仿真赛车车身空气动力学计算机仿真维特C6R GT2赛车的CAD三视图和透视图 这幅CFD（计算流体力学）仿真图展示了C6R GT2赛车行驶时，气流流过赛车表面的概况。 这幅CFD（计算流体力学）仿真图展示了C6R GT2赛车行驶时，气流流过赛车表面的概况。 展示了C6R GT2赛车行驶时车身表面各部分受到的下压力情况：红色表示大数值的下压力；蓝色表示小数值的下压力。展示了C6R GT2赛车行驶时车身表面各部分受到的下压力情况：红色表示大数值的下压力；蓝色表示小数值的下压力。赛车刹车时散热气流的流线：前轮刹车盘的散热气流从前轮流出，沿着车身侧面流向车身后方；发动机散热气流流过车顶，并经过尾翼下方流向车身后方。 赛车刹车时散热气流的流线：前轮刹车盘的散热气流从前轮流出，沿着车身侧面流向车身后方；发动机散热气流流过车顶，并经过尾翼下方流向车身后方。 赛车行驶时气流旋涡：气流流过车轮处紊乱并形成旋涡(蓝色)；气流流过车顶时保持良好秩序，经过尾翼下方时迅速紊乱并形成巨大的旋涡(阻力的最大源泉) 。赛车行驶时气流旋涡：气流流过车轮处紊乱并形成旋涡(蓝色)；气流流过车顶时保持良好秩序，经过尾翼下方时迅速紊乱并形成巨大的旋涡(阻力的最大源泉) 。4.3 汽车座椅安全带4.3 汽车座椅安全带4.3.1 安全带分类 4.3.2 安全带组成 4.3.3 安全带改进**4.3.1 安全带分类4.3.1 安全带分类安全带的发明者Nils Bohlin 沃尔沃公司 1959年 三点式安全带**4.3.1 安全带分类4.3.1 安全带分类1.安全带的作用与原理 将乘员约束在座椅上，减小二次碰撞危险 2.安全带分类 主动型—人工锁扣、解扣 被动型---车门关闭、开启后自动锁扣、解扣 两点式---腰带、肩带 三点式---连续、分离，兼有腰带、肩带功能 全背式---马甲式 见图4-14**4.3.1 安全带分类4.3.1 安全带分类4.3.1 安全带分类4.3.1 安全带分类**4.3.2 安全带组成4.3.2 安全带组成**卷收器插板织带锁扣调节件4.3.2 安全带的组成4.3.2 安全带的组成组成 织带：高强度，能量吸收性，耐磨，延伸性 GB规定抗拉强度达到 22260 N以上 带扣（插板）、带扣锁（锁扣）：快速约束、解脱 卷收器：无锁止卷收器、自锁式卷收器、紧急锁止式卷收器 调节件：调节织带长度 预张器 ：发生撞车事故时，预先张紧并锁住安全带，弥补了紧急锁止卷收器的不足。**4.3.2 安全带的组成4.3.2 安全带的组成卷收器分为自锁式卷收器和紧急锁止式卷收器。 自锁式卷收器可自由地将织带拉出，一旦将织带拉到所需长度之后即自动锁紧。如果在拉出过程即使尚未达到所需长度而中途停顿，也会被自动锁紧，只能使其缩回重拉。 紧急锁止卷收器在汽车正常行状态下，织带随乘员需要自由伸缩，但当汽车速度急骤变化时，其锁止机构锁止并保持束紧力。传感方式有三种：感受织带拉出加速度的、感受汽车加速度的和复合式。 null**5. 紧急锁止卷收器4.3.3 提高安全带性能的方法4.3.3 提高安全带性能的方法织带预拉紧器（预张器 ） 限荷器:移动卷收器放松织带，减小拉力 图4-19, 销轴挤压支架梯形长槽,槽变形使卷收器沿支架的长槽向上滑动,限制最大拉力。 高度调节器 自动紧急锁止 安全带自动佩带装置 **4.3.3 安全带优化4.3.3 安全带优化预拉紧式安全带是指在发生撞击的一瞬间10ms，卷收器会自动将安全带往回拉一段距离约40mm，以消除安全带与身体之间的间隙，减小乘员的位移。 （雅力士、POLO、迈腾、新君威） 锁机式：P95,图4-17 烟火式（爆燃式安全带）P96 ,图4-18**预拉紧式安全带原理预拉紧式安全带原理4.4 安全气囊4.4 安全气囊安全气囊(Supplemental Restraint System，SRS)，也称辅助乘员保护系统。 在1953年，第一个气囊专利诞生，但是由于当时的技术水平限制，还不能把这种想法或专利付诸实现， 1980年，在部分汽车上安装了安全气囊**4.4 安全气囊4.4 安全气囊**4.4 安全气囊4.4 安全气囊**安全气囊工作原理安全气囊工作原理**叠氮化纳 4.4.1 安全气囊组成4.4.1 安全气囊组成1.控制装置 传感器 机械式传感器(P99, 图4-24,图4-25) 机电式传感器 电子式传感器 2.气体发生器 烟气式 、 压缩式、 混合式 3.气袋**1. 控制装置---ECU1. 控制装置---ECU1. 控制装置---ECU1. 控制装置---ECU**1. 控制装置---传感器(机电式)1. 控制装置---传感器(机电式) 1. 控制装置---传感器(机电式)1. 控制装置---传感器(机电式)固定触点转动触点1. 控制装置---传感器(电子式) 1. 控制装置---传感器(电子式) 2. 气体发生器 叠氮化钠2. 气体发生器 叠氮化钠**3. 气袋3. 气袋（1）气袋材料: 尼龙66 （2）气袋: 涂层 （3）气袋: 漏气特性 （4）气袋: 排气机构 排气方向不得与气袋膨胀方向一致4.4.2 安全气囊分类4.4.2 安全气囊分类1. 按传感器类型 1)机械式安全气囊 (P102, 图4-28，一体式) 2)机电式 3)电子式（采用多个传感器， ECU控制，判断准确） 2. 按安装位置 1)驾驶员侧气囊(方向盘气囊) 2)前排乘员安全气囊(仪表板气囊)**4.4.2 安全气囊分类4.4.2 安全气囊分类3)侧撞安全气囊 a)胸部侧撞安全气囊(安装于车门侧) b)头部侧撞安全气囊(安装于车顶门框,管状、帘 式) 4)后座椅安全气囊(安装于靠背上部) 3. 其它类型气囊 充气膝部软垫，充气地毯**4.4.3 安全气囊相关法规4.4.3 安全气囊相关法规美国 FMVSS 208《乘员碰撞保护》 美国 FMVSS 214《侧面碰撞防护》 欧洲 ECE R94 《正面碰撞乘员保护法规》 欧洲 ECE R95 《侧面碰撞保护法规》 国标 GB 11551 **4.4.3 安全气囊相关法规4.4.3 安全气囊相关法规 在美国，因为安全气囊系统是按驾驶员不配戴座椅安全带来设计的，气囊体积大、充气时间长。所以，安全气囊系统在较低的减速度阈值时，即汽车在较低的车速(20km/h左右) 行驶而发生碰撞时，就引爆点火剂，使充气剂(叠氮化钠)受热分解给气囊充气。 4.4.3 安全气囊相关法规4.4.3 安全气囊相关法规 在日本和欧洲，由于安全气囊系统是按驾驶员配戴座椅安全带来设计的，气囊体积小、充气时间短，所以设定的减速度阈值较高，汽车在较高车速(30km/h左右) 行驶而发生碰撞时，安全气囊系统才能引爆点火剂使充气剂受热分解给气囊充气。4.4.5 安全气囊新技术4.4.5 安全气囊新技术轻小型气囊（新型尼龙、薄层、无涂层气袋） 气袋展开模式（先展开后膨胀） 智能型气囊（两次动作SRS，多级气体发生器） 传感器新技术（传感与诊断、侧碰传感、乘员位置、座椅位置、临界体重传感） **卡罗拉：安全气囊未打开卡罗拉：安全气囊未打开周先生在杭州的八下里一汽丰田4S店购买了一款价值19万元的卡罗拉轿车，今年3月的一次撞击中车头受损严重，并且他本人也在撞击中受伤，在前脸损毁的情况下，这辆车的安全气囊居然没有打开。。**花冠：车已经把树撞飞了，但是安全气囊未打开花冠：车已经把树撞飞了，但是安全气囊未打开**打开后的安全气囊打开后的安全气囊**安全气囊开启条件安全气囊开启条件(1)如果正面碰撞的严重程度超出设计的临界值，相当于以约25km/h(公里/小时)的车速径直撞在固定或不能变形的障碍物上，则SRS前空气囊应张开。 (2)在某些碰撞中，车辆前向减速度非常接近设计的临界值，但SRS前空气囊和座椅安全带预张紧器可能不会一起激活。**安全气囊开启条件安全气囊开启条件以下状况可能不会导致正面安全气囊打开：主要包括三种情况 (1)侧面碰撞 (2)追尾 (3)翻车**安全气囊开启条件安全气囊开启条件其中编号9就是前空气囊传感器，从图中我们可以发现传感器位置在和前车轮平行的位置，而周先生的车辆前部明显还没有溃缩到这个位置。**专家鉴定结论专家鉴定结论由于车辆并没有正面碰撞，实际碰撞位置是车辆的右侧前大灯位置，两车相撞后，被撞车辆由于惯性继续行驶导致卡罗拉前脸被拉扯变形，而且对于周先生称80公里的速度相撞表示怀疑，因为当车辆已80公里时速相撞的时候车辆前部会发生严重的形变，而实际上车辆在进一步检测中发现并没很明显的溃缩现象，也就是说车辆碰撞的强度确实没有达到激发安全气囊的程度，所以安全气囊未弹起。**4.5 座椅4.5 座椅4.5.1 座椅系统概述 4.5.2 座椅系统安全结构 4.5.3 座椅系统安全性能要求**4.5.1 座椅系统概述4.5.1 座椅系统概述1.座椅系统的作用及要求 主要作用 定位驾驶员（驾驶、视野）； 支撑人体、保持平稳； 减振； 保护乘员。**4.5.1 座椅系统概述4.5.1 座椅系统概述主要要求 良好的静态特性 足够的强度和刚度 良好的振动特性 满足整车布置的要求（距离、空间、视野） 良好的造型**4.5.1 座椅系统概述4.5.1 座椅系统概述2. 座椅系统的安全性 研究内容: 汽车尾部碰撞的乘员保护（沃尔沃） 头枕与座椅背后冲击能量吸收 设计理念 柔性设计及刚性设计 刚柔并进，软硬兼施**4.5.1 座椅系统概述4.5.1 座椅系统概述2. 座椅系统的安全性 座椅系统作为被动安全的功能: 保证乘员的生存空间; 保持乘员姿态; 吸收能量。 如：座椅脱离车体，靠背不牢，乘员下滑（潜水），头枕过低。**4.5.2 座椅系统的安全结构4.5.2 座椅系统的安全结构1. 座椅分类 2. 座椅安全结构 骨架 座垫 调节装置 靠背 连接部件 头枕 **4.5.2 座椅系统安全结构4.5.2 座椅系统安全结构头枕 被追尾时，防止颈部受伤 固定式 可拆式（P112，表4-2，表4-3） 可调节型 不可调节型 （GB11550-1995） 位置和尺寸要求 强度和吸能性要求（静载、冲击试验）**null**4.5.2 座椅系统安全结构4.5.2 座椅系统安全结构沃尔沃头颈保护系统（视频） **4.5.3 座椅系统安全性能要求4.5.3 座椅系统安全性能要求1. 体压分布要求 （图 4-42） 坐垫部分/靠背部分 左右对称 无明显异常值 坐骨附近压力最高，向四周减小 第四五节腰椎骨处压力最大 座椅设计时结构要求（P114，7条）**4.5.3 座椅系统安全性能要求4.5.3 座椅系统安全性能要求2. 振动特性要求 弹性特性 RN杰恩威上下振动容许极限图（图4-44） 3. 强度刚度要求 静强度刚度要求（P116, 4条） 冲击和交变载荷要求**4.6 转向系防伤机构 P1164.6 转向系防伤机构 P116**4.6 转向系防伤机构 4.6 转向系防伤机构 **4.6 转向系防伤机构4.6 转向系防伤机构4.6.1 转向管柱与驾驶员正面碰撞关系 4.6.2 转向系防伤机构结构原理 4.6.3 能量吸收式转向柱管**4.6.1 转向管柱与驾驶系统正面碰撞关系4.6.1 转向管柱与驾驶系统正面碰撞关系一次碰撞: 汽车前部变形，转向中间轴后移， 隔绝碰撞。 **4.6.1 转向管柱与驾驶系统正面碰撞关系4.6.1 转向管柱与驾驶系统正面碰撞关系二次碰撞: 碰撞继续发生，管柱后移，驾驶员前倾。 吸能式转向柱的作用是： 吸收二次碰撞能量和驾驶员的部分惯性能量**4.6.2 转向系防伤机构结构原理4.6.2 转向系防伤机构结构原理1. 隔绝一次碰撞的防伤机构： 1）伸缩式转向中间轴（图4-46e)**4.6.2 转向系防伤机构结构原理4.6.2 转向系防伤机构结构原理2）波纹管或网格式转向中间轴（图4-46b、c) **4.6.2 转向系防伤机构结构原理4.6.2 转向系防伤机构结构原理3）可断开式转向中间轴（图4-46d) **4.6.2 转向系防伤机构结构原理4.6.2 转向系防伤机构结构原理4）装有钢球双层管式转向中间轴（图4-46e) 5）两段式弹性联轴节转向轴（图4-46a) 以上结构主要通过转向中间轴结构的伸长、压缩、弯曲、断裂，防止转向器后移。 **4.6.2 转向系防伤机构结构原理4.6.2 转向系防伤机构结构原理2. 二次碰撞防伤机构 吸能转向盘 吸能式转向柱**4.6.2 转向系防伤机构结构原理4.6.2 转向系防伤机构结构原理2. 二次碰撞防伤机构 1）吸能转向盘 （图4-47） 轮缘表面包柔性材料；轮辐下倾20°柔软镶面；可塑变的轮毂。用于无气囊车。 2）吸能式转向柱 波纹管柱、网格式、两段式**4.6.3 能量吸收式转向柱管设计4.6.3 能量吸收式转向柱管设计1. 吸能转向柱性能要求 2. 吸能转向柱吸能原理 材料弯曲、变形、接触摩擦、剪断、 折断。 通过改变材料厚度、截面形状、 几何尺寸、摩擦系数及强度来得到吸能能力。 3. 吸能转向柱主要参数及布置 1)主要参数**4.6.3 能量吸收式转向柱管设计4.6.3 能量吸收式转向柱管设计a)转向管柱压缩行程≥150mm b)转向管柱最小临界压缩力1.1~2.5kN c)转向管柱断开力:每个注塑销500N d)转向管柱有足够的抗弯强度 2)转向管柱的布置 图4-48, 安装角度: 21°~23°**本 章 结 束本 章 结 束