汽车车身结构分析与设计

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第六章 车身结构分析与设计,1.,车身结构分析与设计,2.,车体的耐腐蚀性,3.,车身的抗振与降噪,4.,汽车的碰撞安全性设计,5.,汽车车身轻量化设计,1,概述,车身,车身覆盖件,（,cover,panel,）,：,覆盖在车身骨架表面的板制件。,外覆盖件、内覆盖件,车身结构件,（,body,structural; body skeleton; body frame,）：,组成车身本体，支撑覆盖件，并保证车身强度和刚度,的零部件。,承载。,车体,有书中称“车身的主体”,也就是我们这里的车身结构件,2,重庆大学车辆工程系,2,车身结构设计的主要内容,设计一个连续、完整的受力系统；,确定杆件截面型式（开、闭口）,确定杆件截面的构成,确定杆件与杆件、杆件与覆盖件的过渡、连接的结构,划分分总成、分块,应力分析计算,主图板设计、零件图,3,重庆大学车辆工程系,3,1.,车身结构分析设计,一、车身结构件的机构分析与设计,车身骨架（,body skeleton,）：主要为保证车身的强度和,刚度而构成的空间框架结构。,要求：,刚度：变形、振动、噪声,刚度不足，将会引起车门的门框、窗框、发动机舱口,及行李箱口等的变形，导致玻璃破裂，车门卡死；低,刚度必然伴随有低的固有频率，易发生结构共振和声,响，并削弱结构接头的连接强度；此外，还会影响安,装在底架上的总成的相对位置。,强度：裂纹、疲劳断裂,4,重庆大学车辆工程系,4,1,、杆件的设置,分为三类,1,）功能所要求设置的：如门柱、窗柱、门槛、门框上,下横梁、风窗框上下横梁等。,2,）加强用的：如大客车顶盖上的纵梁和底架周边的搁,梁，在后悬架处底架上设置的加强横梁等。为了满足,安全法规，防止正面碰撞和侧面碰撞而设置的加强,件。,3,）为安装附件而设置的非承载件，如顶盖上为安装顶,窗而设置的框架等。, 1,）、,2,）类是车身的主要承载件，,应有足够的刚度和强,度，并构成一个连续完整的受力系统。薄壳式车身结构虽无完整的骨,架，但壳体与各构件组装后，也应是一个完整的受力框架。,5,重庆大学车辆工程系,5,轿车骨架,车厢（封闭的主体）,发动机舱（敞开的前部）,行李箱,纵向受力元件：前纵梁及斜撑、地板边梁（门槛）、,传动轴通道、顶盖及边梁,横向受力元件：前围板、前斜地板、座椅支撑梁（地板横梁）、,后壁、后横梁或后围板、顶盖,车身前部承受发动机等的重力和悬架支承反力（集中力）,车厢承受乘客、车门、自重、悬架支承反力。（分散力）,6,重庆大学车辆工程系,6,车身骨架设计除考虑刚度与强度，还应注意,不能破坏造型设计,骨架里板应考虑内护板紧固,用最佳截面形状获得最大的截面系数,满足相邻部件的性能要求,7,重庆大学车辆工程系,7,2,、杆件截面形状与刚度的关系,影响刚度的截面几何特性：,弯曲惯性矩、扭转惯性矩（极惯性矩）,2,2,（,F,是材料面积）,I,k,=,e dF,I,y,=,z dF,F,F,表,1,截面特性比较,截面尺寸,/cm,A,材料断面积相等时，表,中尺寸的：, 的弯曲刚度最好，,扭转刚度最差, 的弯曲刚度最差，,扭转刚度最好,为提高车身刚度，宜多,采用闭口断面。,重庆大学车辆工程系,截面形状,J,k,I,y,W,y,W,k,h=12.8,b=4.8,t=0.4,1,0.0044,1,1,0.0043,h=6.4,b=4.8,t=0.4,1,0.59,0.69,0.733,0.768,h=7.13,t=0.4,1,1,0.691,0.656,1,8,8,9,重庆大学车辆工程系,9,车身骨架典型截面,a,）顶盖侧梁,b,）中立柱,c,）前风窗立柱,d,）后风窗立柱,e,）门槛,10,重庆大学车辆工程系,10,承载式车身骨架示例,11,重庆大学车辆工程系,11,3,、骨架结构中的应力集中,杆件的截面形状、尺寸突变时，会由于刚度突变而产生,应力集中。,避免应力集中的措施,避免截面急剧变化,避免截面急剧变化,12,重庆大学车辆工程系,12,3,、骨架结构中的应力集中,避免应力集中的措施,加强板的厚度与被加强板的厚度不宜相差悬殊。（如门铰、固定,处）,孔洞应开在应力较小部位,纵、横杆件的连接,13,重庆大学车辆工程系,13,14,重庆大学车辆工程系,14,二、汽车覆盖件结构与分析,车身的大型板壳零件可分为三类：,1,）、外覆盖件：,如车身顶盖，发动机罩外板、门外,板、翼子板等。对这些零件的要求是：表面光滑，棱,角线条清晰，与相邻部件棱线吻合，完全符合造型要,求，而且要有一定的刚度。,2,）、内覆盖件：,如前围内板（发动机挡板）、地,板、门内板等，即在车身外面看不见的内部大零件。,这些零件的刚度要足够，零件上的装配尺寸要准确。,3,）、骨架零件：,它们在车身上起支撑作用，如支柱、,门窗框以及各种纵、横梁等。,15,重庆大学车辆工程系,15,1,、板壳的合理分块,分块应考虑：冲压、,装配、工艺设备、产,量、成本等因素,驾驶室分块,16,重庆大学车辆工程系,16,考虑如下几个方面,（,1,）板料的尺寸规格,（,2,）考虑拉延工艺：拉延深度适当、形状简,单、圆角、胀形深度,（,3,）装配精度,（,4,）易损件、做成可拆卸,（,5,）产量、成本、设备,17,重庆大学车辆工程系,17,2,、板壳的构造、过渡、连接,确定板壳的一个面与另一,个面的过渡变化。如图由,AA,的风窗框翻边至,CC,的风窗框翻边、由,CC,的,门框翻边至,BB,的门框翻,边。,壳体草图,18,重庆大学车辆工程系,18,3,、提高零件的刚度,刚度差，则产生振动、噪声；易疲劳损坏；生产、搬运不便,措施：, ,采用曲面，加棱线，,使拉延变形大, ,内覆盖件设加强筋,（图,8-8,）, 3,）大客车承载式车身上,的板壳零件,蒙皮，,可分为两种,:,应力蒙皮、,预应力蒙皮,加强肋的布置的肋的形状,a),好,b),不好,c),肋的形状,19,重庆大学车辆工程系,19,设计加强肋应注意如下几点：,在平的或稍鼓起的零件上，加强肋应沿着零件的对,角线布置，最好不用交叉肋。如果采用交叉肋，则应,避免交叉处因应力集中而丧失刚性，为此，在交叉处,用半径大于,2,倍肋宽度的圆弧来过渡。,为减轻弯曲零件的回弹，可以在弯曲部位局部压出,三角肋；对弯曲半径很大的零件，应垂直与零件的弯,曲轴线方向布置条形肋。,加强肋的轴线宜直，否则在运动时会引起扭转。,加强肋应沿支撑之间的最短距离布置。,肋的刚性主要取决于它的深度，但为防止破裂，深,度不宜过大，原则上应满足板料拉延成型所允许的条,件（见下节）。,20,重庆大学车辆工程系,20,三、 车身的结构工艺性,结构工艺性指的是所设计的产品既要满足使用要,求，又要能够在一定的生产条件和规模下，使加,工方法最简单、最经济。,汽车的造型会影响车身结构的工艺性,21,重庆大学车辆工程系,21,1,、冲压工艺性,图,8-14,（,P170,）、,弯边高度不宜短,图,8-15,、翻边高度,过宽会引起起皱或,拉裂,图,8-16 b),孔的翻边,高度不宜过高，,a),包边。转角处属压,缩类翻边，切除,零件压弯工艺要求,曲面翻边,车门外板翻边和孔的翻边,重庆大学车辆工程系,22,22,1,、冲压工艺性,图,8-17,、鼓包、筋,条、翻边的冲压方向,尽量一致，以便一次,冲出,图,8-21,、顶盖,3,，,a),内,翻,b),外翻 外翻可在切,边时翻边，而内翻还,需较复杂的斜楔翻边,模。,图,8-17,驾驶室地板,图,8-21,流水槽与顶盖的连接,1-,内边槽,2-,外边槽,3-,顶盖,4-,流水槽,23,重庆大学车辆工程系,23,2,、装配工艺性,车身结构设计对焊接装配工艺性的影响主要是两,方面：,1,）车身结构的划分。,2,）焊接接头型式的设计。,图,8-18 a,）需侧窗柱与顶盖横梁对应一致，,b,）则,不要求,重庆大学车辆工程系,图,8-18,客车车身结构划分与组装方式的改变,1-,前围上部,2-,顶盖,3-,后围下部,4-,前围下部,5-,侧围,6-,前围,7-,后围,24,24,2,、装配工艺性,图,8-20,、车身焊接的主要型式,图,8-21,、,a,）焊枪焊极难以接近，改为,b,）,图,8-22,、考虑焊接定位的结构。,P173,例,4,）,5,）,尽可能少用三层叠焊（强度不易保证）,大型件焊点布置应对称（防产生不规则变形,和应力集中）,图,8-20,点焊连接型式,a),搭接,b),翻边连接,图,8-22,焊件定位,图,8-21,流水槽与顶盖的连接,1-,内边槽,2-,外边槽,3-,顶盖,4-,流水槽,重庆大学车辆工程系,25,25,3,、车体的其它连接方法,拉铆、粘接,二氧化碳保护焊多用于骨架构件的连接。蒙皮与骨架的连接则多用点,焊和铆接，为了改善车身外观，用装饰条将板的接缝压住。而铆接的,方法则常用空心铆钉进行单枪拉铆，见图,8-23,，这种铆接方法可以将,蒙皮铆于闭口的骨架型材上；铆接品质好，效率高。,为实现侧壁外蒙皮的光滑美观和无铆钉化，可以采用预应力蒙皮。但,为达到轻量化的目的，应加强大客车上焊接及粘接技术的研究。如德,国,Neoplan,大客车采用粘接蒙皮工艺，蒙皮为铝板或玻璃钢，用特制,的高强度粘接剂粘在骨架上，密封性好，振动噪声也小。,在汽车生产中使用粘接剂与点焊相比有很多优点；没有焊痕，外观平,整，不产生焊接形；粘接面的应力比点焊均匀；不能焊接的部位可用,粘接方法代替；不同材料可用粘接法；此外还可起加强、密封和防锈,作用。缺点是：易污染；需要固化时间，因而影响工艺流程；对气候,适应性差等。,26,重庆大学车辆工程系,26,4,、产品的设计精度和制造精度,为获得大量生产时零部件的互换性和满足对产品的要求，设计应该对,制造精度提出要求，即根据使用要求和生产条件，制定公差和技术条,件。,设计覆盖件时，其轮廓尺寸是在主图板上精确确定的。零件图标注尺,寸时要准确反映主图板上的图形，其偏差应控制在,0.25mm,之内。,覆盖零件的最后形状决定于冲模。冲模是根据主模型加工出来的，而,主模型又是按图纸尺寸和样板制作的。因此，必须控制这一系列“移,形”过程的积累误差，否则将给合件或总成的装配带来困难。,车体各部分，如门框、窗框等的装配尺寸精度是由装配夹具来保证,的，只有严格控制装配夹具的精度，才能保证车体总装后的尺寸精,度。,设计时应对车体总装后的尺寸精度提出要求，如门与门框的配合间,隙，车身表面零件接缝处的高低不平度等。但是过于精确的规定将给,制造装配工艺带来很大困难，所以零件设计公差、装配调整公差合技,术条件制定得应该合理。,27,重庆大学车辆工程系,27,28,重庆大学车辆工程系,28,29,重庆大学车辆工程系,29,2,车身的耐腐蚀性,汽车经常处于容易使钢板锈蚀的环境中，如雨水的浸,蚀、工业区的大气污染以及沿海地区氯化钠的侵蚀等，影,响汽车的使用寿命。近代为了减轻车身质量，用于车身结,构的钢板有日益减薄的倾向，加之车身形状和结构复杂，,焊接接头多，易受腐蚀的部位也随之增加，所以必须很重,视防止车身锈蚀的问题。,三种途径：,改进车身结构,采用各种保护膜,采用防腐材料,30,重庆大学车辆工程系,30,一、结构方面,1,、不积泥、水。,设排水孔，,不积水泥，,易干燥（通风）,图,8-25,不积水的结构,图,8-26,车门下部的排水口,重庆大学车辆工程系,图,8-27,操纵板式通风装置,31,31,32,重庆大学车辆工程系,32,33,重庆大学车辆工程系,33,一、结构方面,2,、易锈蚀部位的防腐措施,焊点贴合部（和铆接处）：涂不到,漆、又不通风,板切割边：毛刺破坏漆膜，振动亦,破坏漆膜。,措施：加密封胶，以防水进入缝隙。,并防止振动破坏漆膜；还可隔离开,两种金属，以免电化学腐蚀。,两种金属接合处、电化学腐蚀,两种金属之间的接合，特别易发生,电化学腐蚀，应尽量避免。当必须,采用时，应在两层之间采用塑料隔,层。,石击部位。措施：防石击胶,汽车行驶过程中，车身底部容易受,到石头撞击，应该贴防石击胶。,相邻板件的摩擦。措施：橡胶条,使用密封胶的部位示意图,34,重庆大学车辆工程系,34,二、保护膜方面,“油漆”,磷化,镀锌钢板,密封胶（与隔离隔热结合）,涂（层）料,隔层（两板间）,采用水溶性油漆的浸渍涂漆,35,重庆大学车辆工程系,35,三、采用防腐材料,冷轧钢板防腐处理：镀锌、镀合金、涂防腐材料,塑料制件，作为易蚀部位的保护罩：挡泥板、门框罩,铝合金：铝合金车架最大优点是轻（相同刚度的情况,下）。但是成本高，不宜大量生产，而且铝合金本身的特,性决定了其承载能力受限制，暂时只有少数车厂运用在小,型的量产跑车上，如莲花,ELISE,和雷诺,SPIDER,。,碳纤维：碳纤维车架的刚度极高，重量比其它任何车架都,要轻，重心也可以造得很低。但是制造成本是它的致命,伤，因此目前都只用于不计成本的赛车和极少数量产车,上。,铝合金和碳纤维还有一个缺点是维修成本高，没有钢板等,制成的车身那么容易维修。这也是制约其推广的一个主要,原因。,36,重庆大学车辆工程系,36,3,车身的抗振与降噪设计,一、车身的振动,1.,车身振动概述,防止共振,共振不仅使乘员感到很不,舒适，而且带来噪声和部,件的疲劳损坏；还会破坏,车身表面的防护层和车身,的密封性，从而削弱抗腐,蚀性能。,车身振动频率大致在,2050Hz,。汽车在轮胎上,的振动频率及发动机在其,悬置上的振动频率等，与,车身低阶频率很接近，因,此应注意提高车身的刚,度。,37,重庆大学车辆工程系,37,一、车身的振动,用实验方法，激振，找出,共振频率、分析共振的原,因、修改结构,车身频率响应,1-,车身前部的扭转振动,2-,车身弯曲振动,3-,左前梁的测点,底架的振型,1-,前附加横梁（副车架）固定点,2-,发动机后悬置横梁,3-,传动轴中间支承点,4,后悬架支点,38,重庆大学车辆工程系,38,一、车身的振动,可用有限元法进行振动分析。,采用有限元法进行振动分析，可迅速而经济地选择最佳结,构方案。,39,重庆大学车辆工程系,39,板壳的局部振动,刚度差的板壳，易产生振动，或共振。这是车内噪声的一个声源。,地板是容易振动的部位。,以四方简支长方形板为例。可分析得到其,22,D mn,2,固有频率,=,(+ ),n,t a,2,b,2,m,和,n,沿板边,a,方向和板边,b,方向的阶数；,a,和,b,板的长度和宽度；,材料的密度；,g,重力加速度；,3,Et,D,=t,板的厚度；,2,12(1 ,),D,表示板的弯曲刚度或抗挠刚度；,板壳的各阶振型,-,一阶振型,、,、,-,高阶振型,-,沿,xx,方向冲压筋或楞线后的振型,40,重庆大学车辆工程系,40,长方形板的最低阶频率,f1,（即,m=1,，,n=1,时）应为：,n,D,1,1,最低阶频率,f,=( + ),1,2,2,t a,2,b,2,固有频率与边长平方成反比。故可以加筋来减小边长尺寸,a,、,b,，从而增大固有频率，以免低频率下共振。,地板加筋：应无贯通地板面的直线不通过横跨筋条的情,况。,41,重庆大学车辆工程系,41,2.,车身减振设计, (1),车身结构设计,避免发动机、底盘的振动频率以及激励力频率与车身的整体固有,频率一致。,将车身各主要部分（外板、车顶、地板等）的固有频率错开，避,免车身局部共振。,提高车身支撑受力点处的刚性,42,重庆大学车辆工程系,42,（,2,）车身隔振,减少外部振动输入,1,）采用隔振措施，改善系统的传递特性,2,）在车架与发动机之间选择恰当的悬置结构,3,）合理地选择发动机悬置元件的特性，减少,振源的振动,橡胶元件的允许应变不应大于,15%20%,，故固,有频率不会很低，,50HZ,以下的振动很难隔断。,4,）合理选择车身悬置点位置，尽量减少悬置,点数目,重庆大学车辆工程系,附加横梁与纵梁的连接,1-,纵梁,2-,附加横梁,3-,橡胶垫,车身悬置实例,a),压缩型,b),剪切型,1-,车架,2-,车身,43,43,悬置点数应尽可能少,以减少车,架对车身的影响,.,长头驾驶室：,4,、,5,、,6,点,短头：,4,点,轿车：,1214,个悬置点,节点支承的例子,悬置点位置应可能在车架振动节,点附近,.,对悬置的要求：,垂直方向刚度低，（静挠度大，固,有频率小），以隔振。,横向刚度大，防止车身水平窜动。,橡胶弹性元件应始终不出现零挠度,的情况，以防破坏。,布置在车架振动节点附近，减少悬,置数目，以防车架变形和振动对车,身的影响。,重庆大学车辆工程系,货车驾驶室的悬置点布置,44,44,合理确定悬置点数目,45,重庆大学车辆工程系,45,二、车内噪声控制,（一）车内噪声成因,噪声与大气污染、水污染并称为现代社会的“三大,公害”,车内噪声包括：,空气动力噪声、机械性噪声、空腔共鸣,噪声等,空气动力噪声大都由气体振动产生，由外部环境噪声、,发动机噪声、传动系及行走系噪声通过地板、前围等传,入室内，还包括汽车高速行驶时,2000Hz,以上的风噪声。,机械噪声大都由车身壳体收到激励而振动或者受到撞,击、摩擦使室内设备振动而产生。,空腔共鸣噪声是由于车身振动而向车内辐射的声波在遇,到车后一部分被反射回来，如遇原来的声波频率相同，,则声波被加强，且成为一种激励加剧车身结构的振动。,46,重庆大学车辆工程系,46,（二）噪声的度量及评价标准,声音的声调：（声波的）频率,20,（,16,）,20000Hz,次声 超声,声音的强弱：声压,有声波时，空气压强的变化量。,大气压,10,5,Pa,对于,1000Hz,的声音，可听见的范围：,2x10,-5,Pa,20Pa,听阈声压痛阈声压,声音的响度：人的听觉对声音的反应。对频率和声压的,综合感觉,声音的音色：声音所含频率的分布。,噪声：听者不喜欢或无好感的声音。,47,重庆大学车辆工程系,47, 1,声压级,由于可听见的声压范围宽，用压力单位表,示不方便。常用,声压级,L,P,=20 lg(P/P,0,) (dB),P,声压,-5,PaP,0,基准声压；一般取,2x10,-5,Pa 0dB,这样：听阈声压,2x10,痛阈声压,20Pa 120dB,48,重庆大学车辆工程系,48,声强级,声强是单位时间内垂直通过单位面积的声的能量。,P,I,=,V,0,2,P,声压,空气密度,V,0,声速,I,声强级,L,I,= 10 lg,(dB),（功率比为,10,）,I,0,I0 ,参考声强，一般取,10,-12,W/m2,（对应听阈值）,对应痛阈声压的声强,1 W/m2,声强与声压在数值上有一定关系。,声强具有方向性。由此，可在各种噪声混杂的环境中测出特定的噪声,源发出的噪声。,49,重庆大学车辆工程系,49,响度级与等响曲线,响度用一数值来表示。单位用“方”（,phon,）；以,1000Hz,纯音的声压,级作为响度级。,等响曲线：,声压级越高，响度级越大,对于同一声压级的声音，频率不同，响度级也不同。,响度级与声压和频率都有关。,人对,2000,（,1000,）,5000,（,6000,）,Hz,的声音最敏感；,500Hz,时，频,率越低，越不敏感；,如：能听到：,4000Hz 8dB,500Hz 6dB,100Hz 35dB,频率较低且声压级又不太大的区域，曲线密集。这对低频噪声的控,制有意义（稍降低其声压级，响度级降低较大）,响度级较大的曲线，接近水平。即频率的影响不大了。,50,重庆大学车辆工程系,50,实际中，难于严格按照人耳反应特性由声压、频率测出响,度级。在声学测量仪器中设置频率计权网络，模拟人耳特,性。,A,计权网络 、模拟,40,方 等响曲线对频率的变化,B70,C85,D,用于测量飞机噪声,A,、对可听频率范围内的低频噪声有较大衰减。与人耳听,觉特性相似。,B,、对低频噪声有一定衰减,C,、几乎不加衰减。称总声级,通常用,A,计权网络。计,dB(A),51,重庆大学车辆工程系,51,（三）噪声控制与减噪措施,控制方法,被动控制：,除声源外没有其他外加能量输入的方法,吸声,隔声,消声,隔振,主动控制,:,人为加入能量（次级声源或次级力源）,加入另一个声源抵消噪声,靠力源抑制结构振动,52,重庆大学车辆工程系,52, 1.,汽车车身结构噪声的控制,设计车身结构注意,使车身固有频率避开发动机、底盘固有频率及激励力频率,避免主要部分（外板、车顶、地板）局部共振,提高车身支撑受力点处刚度，减小振动降低噪声,抑制板壳结构件振动：加强肋，加装阻尼材料，涂吸声材料,车身支承使用弹性阻尼支承,改进外形，尽量减少凸出部件,地板上采取隔声、隔热、防振措施，减少传入车内噪声,切断噪声传播途径,改进地板密封性：接缝涂密封胶,前围挡板上的空加密封圈,53,重庆大学车辆工程系,53, 2.,采用降噪材料降低车内噪声,（,1,）吸声（减少声音反射）（用于抑制共鸣）,用吸声系数 表示吸声效果。,多孔性吸声材料。（如玻璃棉、毛毡、泡沫塑料等）,多孔性吸声材料中空隙里空气的振动，由内摩擦和粘滞阻,力，使声能转化为热能。,多孔性吸声材料对中、高频噪声的吸声效果好。,开孔壁吸声材料,材料上开小孔，小孔后有一定空气层。让声能从小孔进入,空气层，空气层里产生共振而消耗能量。,54,重庆大学车辆工程系,54,（,2,）隔声降噪（减少、防止声音透过）,用透射损失,TL,（定义,(dB),） 来表示隔声效果。,由,TL0 20 lg mf 47.5 (,入射声波垂直与,单层隔壁,),可知：隔壁面密度较大（密度大、厚度大），隔,声效果较好；,声音效率越高，隔声效果越好。（见图,8-44,）,双层隔壁比单层隔壁效果好。（单层壁的振,动，增加透过声能）,壁上的孔应予密封,55,重庆大学车辆工程系,55,（,3,）用缓冲减振材料,沥青（温度、强度限制，用的少），橡胶，树脂，塑,料，皮革，纤维,56,重庆大学车辆工程系,56,57,4,汽车碰撞安全性设计,汽车交通安全事故造成的人员伤亡和财产,损失巨大，已成为一大社会公害。汽车消,费者逐步将安全性指标作为选择汽车的一,个重要参考因素。,汽车碰撞安全技术是交通安全的重要内容,之一。应使汽车在碰撞事故中最大限度地,保护乘员。努力做到“车毁人不亡”或,“车伤人不伤”,58,重庆大学车辆工程系,58,汽车碰撞事故典型类型,单车事故,翻车事故：与车速、路况有关,障碍物碰撞事故,正面碰撞,尾部碰撞,侧面碰撞：较少,多车事故：,两辆及以上汽车在同一事故中碰撞,59,重庆大学车辆工程系,59,汽车碰撞事故造成伤亡人员,车内乘员,由于汽车碰撞导致司乘人员与车内部件碰撞造成。,二次碰撞,车外行人,由于汽车对人体直接碰撞造成,一次碰撞,损伤类型,机械损伤、生理损伤、心理损伤,乘室内人员损伤原因,一次碰撞加速度值超过人体耐受极限,外部刚硬物体侵入室内，将乘员挤压伤亡,二次碰撞受伤,乘室刚性不足产生过大变形，乘员缺乏生存空间,60,重庆大学车辆工程系,60,国内外碰撞机构的组织形式,中国的汽车碰撞试验是由政府机构组织,(,技术监督部门,),经办的，它要求企业无偿提供,车辆来进行，这中间有任何一方有,猫腻,(,比如政府官员贪污或企业行贿,),都会导致试,验的虚假。,而欧美的碰撞试验则是由社会第三方来进行的，如：欧洲,NCAP,是一个行业性组织，它,由欧洲各国汽车联合会、政府机关、消费者权益组织、汽车俱乐部等组织组成。,NCAP,不依附于任何汽车生产企业，因此试验的结果具有绝对的公证性和权威性。其所需经,费由欧盟提供,(,厂家做试验时也要付出较高费用,),，不定期对已上市的新车和进口车进,行碰撞试验，这些试验往往是厂家主动要求的，以保证试验的公正性。,试验的方法,目前我国实施的,GB11551,汽车正碰强制标准远远低于欧洲,NCAP,标准，碰撞实验只有正前,方一个方向，正碰速度我国标准为,50km/h,，碰撞方式的标准为,100,正面碰撞，此外国,内试验中使用的墙壁为可吸收部分能量可变型墙壁。另外欧洲,NCAP,有车速,50,公里,/,小时,的侧面撞击，中国没有相关的强制性法规。,欧美国家的试验则是有前、后、左、右、上等五个方向。欧洲,NCAP,的正面碰撞的车速,为,64 km/h,，侧面碰撞的车速为,50 km/h,。测试结果以星级表示，共有,5,个星级，星级越,高表示该车的安全性能越好，此外，,NCAP,还要对车辆在保护儿童和行人方面进行测,试。因此近年,NCAP,也将汽车对行人保护程度划分为,4,星级。,NCAP,为模仿出现几率最高的,两车对撞情况,40,重叠正碰，而,NCAP,使用的还是刚性墙壁。另外欧洲还多一个侧面扭,曲碰撞：即用一根,30,公分钢棒以时速,50,公里撞向车侧。,61,重庆大学车辆工程系,61,一、对汽车结构碰撞性能提出的要求,汽车对正面固定障碍物的冲击, 48.3km/h,，转向柱相对于乘坐室向后移动量不得超过,12.7cm,风窗玻璃安装条的完整性,燃料系的完整性,车后移动障碍物对汽车的冲击,侧向移动障碍物对汽车的冲击,车顶抗撞压强度,加载力车重,1.5,倍或,22240N,两者中较小者，要求试验装置移动量不超过,127mm,车内撞击中的乘员保护,62,重庆大学车辆工程系,62,二、碰撞时人员损伤的评价指标,碰撞时人体响应的安全性指标,A,伤害指数和脑损伤程度,胸部忍受撞击性能要求的评价指标,下肢忍受的撞击极限性能评价指标,63,重庆大学车辆工程系,63,三、汽车碰撞时的车身安全性设计,车身结构必须具有缓冲变形功能，以吸收碰撞能量，降低,碰撞加速度和撞击力,应为车内乘员提供生存空间，即车身整体刚度分布应合理,且能够控制，以保证乘坐室撞击时的完整性,64,重庆大学车辆工程系,64,正面碰撞的变形区域要尽可能多地吸收撞击能量，变形形,式及变形特性满足一定要求。,尾部碰撞，理想碰撞变形特性与前部相同，因车速较低，,尾部吸能设计不如前部重要。伤害形式是颈部冲击损伤，,尾部区段应尽量软化，座椅头枕要起保护作用。,侧面碰撞，撞击部位是车门或立柱。要求具有足够大的刚,性、车门和立柱不发生大的变形。车门内板应柔软或安装,有安全气囊。,65,重庆大学车辆工程系,65,四、碰撞安全性的设计方法,经验法,以大量的碰撞事例为基础。,如转向机构造成驾驶员致命伤害，用弹簧或铰接杆代替刚性直杆,转向柱。,周期长、成本高，不能直接为不同类型设计提供有效指导,试验法,试验过程是对典型汽车碰撞过程的物理模拟,周期长、成本高,可分为法规碰撞试验、部件匹配试验、自行开发研究试验,数学分析法,解析法,多刚体动力学法,有限元法,66,重庆大学车辆工程系,66,五、车身碰撞安全性设计与措施,目标：降低法规所规定的伤害指数。,1.,汽车车身碰撞安全结构设计与措施,汽车前部和后部均为弹性结构,(,即设计成缓冲吸能区,),中,部为刚性结构,能使乘员免受伤害或减轻伤害,影响汽车碰撞人体响应快慢和严重程度的环节,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,安全带与座椅系统,67,重庆大学车辆工程系,67,汽车车身碰撞的缓冲设计和吸能措施,1),采用吸能保险杠系统,金属保险杠和能量吸收机构组,合在一起的系统,利用塑料发泡体及蜂窝状的吸,能系统,硬塑料盒加强梁组合在一起的,吸能系统,要求,:,能量吸收率高、耐久性好且能承,受很大的弯曲和扭转载荷等特,点，能保证在,-36+65,范围内,吸能性能波动不大，并应符合,质量要求。,68,重庆大学车辆工程系,68,汽车车身碰撞的缓冲设计和吸能措施, 2,）汽车头部采用“软”设计结构；采用碰撞时能使发动,机向下移动而不会侵入乘员室的结构设计,69,重庆大学车辆工程系,69,汽车车身碰撞的缓冲设计和吸能措施, 3,）采用合适厚度和横截面的薄壁金属制造吸能区构件,各种横截面梁的碰撞力对于方形截面的比值,截面形状,比值,(%),重庆大学车辆工程系,方形,100,矩形,69,六边形,107,圆形,114,八边形,115,70,70,汽车车身碰撞的缓冲设计和吸能措施, 4,）在吸能区对薄壁构件采用“预变形技术”，使结构的,某些部位弱化或强化，导致整体产生皱褶变形而增大吸收,碰撞能量。,对结构进行预变形技术，不能影响构件发挥正常的作用与功能，,如支撑或承载,71,重庆大学车辆工程系,71,汽车车身碰撞的缓冲设计和吸能措施, 5,）在设计吸能用的薄壁构件和实施焊接工艺时，采用合,理的焊接形式、焊点疏密度以及焊接强度，避免焊点在碰,撞过程中过早脱开。,承受碰撞能力,1,1.35,1.05,72,重庆大学车辆工程系,72, 6,）保险杠与车架之间加上与车架材料相同的波纹管代替,原保险杠支架,73,重庆大学车辆工程系,73, 2.,汽车乘员保护系统设计,1,）采用带有缓冲装置的安全转向机构，如转向柱采用,缩式中间轴、波纹管式中间轴或断开式中间轴的结构,形式，隔绝一次碰撞；也可采用能量吸收式转向柱来,保护驾驶员免受二次碰撞伤害,2,）采用座椅安全带、安全气囊等防止乘员二次碰撞,3,）设计具有足够强度与刚度的座椅,4,）设计性能良好的座椅头枕来保护乘员头部、颈部免,受伤害或减轻伤害,5,）对仪表板进行安全性设计,6,）车身的车顶应有抗撞压的能力,74,重庆大学车辆工程系,74,5,汽车车身轻量化设计,一、车身轻量化的途径,二、在车身轻量化设计时应注意的问题,75,重庆大学车辆工程系,75,