补充知识汽车被动安全性

,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,13,章,-2,补充知识,-,汽车被动安全性,13.1,概述,13.2,车身结构,13.3,安全带,13.4,安全气囊,13.5,座椅,13.6,转向系,13.1,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,13.2,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,13.2.1,车身变形特性,碰撞形式,前碰撞,侧面碰撞,追尾碰撞,翻滚,车身变形特性,正面碰撞,车身变形特性,正面碰撞,车身变形特性,正面碰撞,2024/11/28,7,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,.,13.2.1,车身变形特性,侧面碰撞,侧面碰撞时载荷传递路径,13.2.1,车身变形特性,侧面碰撞,车身变形特性,侧面碰撞,13.2.1,车身变形特性,侧面碰撞,13.2.1,车身变形特性,侧面碰撞,2024/11/28,13,13.2.1,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。,13.2.2,车身结构安全设计,理想的安全汽车结构变形,P85,图4-4,13.2.2,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,本田雅阁被动安全,本田雅阁车身被动安全技术,本田雅阁车身被动安全技术,13.3 翻车安全对策,13.2.3 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,13.2.3 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 cars 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。,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。,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,),。,13.3,汽车座椅安全带,13.3.1,安全带分类,13.3.2,安全带组成,13.3.3,安全带改进,13.3.1,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,13.3.1,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,4-14,13.3.1,安全带分类,13.3.1,安全带分类,13.3.2,安全带组成,2024/11/28,34,卷收器,插板,织带,锁扣,调节件,13.3.2,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。,13.3.2,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。,5.,紧急锁止卷收器,13.3.3,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,13.3.3,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,13.4,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,13.4,安全气囊,13.4,安全气囊,安全气囊工作原理,叠氮化纳,13.4.1,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-ECU,1. 控制装置-ECU,2024/11/28,47,1. 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),2.,气体发生器 叠氮化钠,2024/11/28,51,3. 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,13.4.2,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,),2024/11/28,53,13.4.2,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,2024/11/28,54,13.4.3,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 11551,2024/11/28,55,13.4.3,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。,13.4.3,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。,13.4.5,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）,2024/11/28,58,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,打开后的安全气囊,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,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,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,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。,13.5,座椅,13.5.1 座椅系统概述,13.5.2 座椅系统安全结构,13.5.3 座椅系统安全性能要求,13.5.1,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。,13.5.1,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,2024/11/28,68,13.5.1,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,13.5.1,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。,2024/11/28,70,13.5.2,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,13.5.2,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）,13.5.2,座椅系统安全结构,沃尔沃头颈保护系统（视频）,13.5.3,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）,13.5.3,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,13.6,转向系防伤机构,P116,13.6,转向系防伤机构,2024/11/28,78,13.6,转向系防伤机构,13.6.1 转向管柱与驾驶员正面碰撞关系,13.6.2 转向系防伤机构结构原理,13.6.3 能量吸收式转向柱管,2024/11/28,79,13.6.1,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。,13.6.1,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,2024/11/28,81,13.6.2,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),13.6.2,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),2024/11/28,83,13.6.2,转向系防伤机构结构原理,3,）可断开式转向中间轴,（图,4-46d),2024/11/28,84,13.6.2,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。,2024/11/28,85,13.6.2,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,13.6.2,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,2024/11/28,87,13.6.3,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,13.6.3,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,1.12.5kN,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,: 2123,2024/11/28,89,本 章 结 束,