第13章 补充知识 汽车被动安全性.ppt

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1、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,2019/6/16,1,13.1 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,2019/6/16,2,13.2 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,2019/6/16,3,13.2.1 车身

2、变形特性碰撞形式,前碰撞 侧面碰撞 追尾碰撞 翻滚,2019/6/16,4,13.2.1车身变形特性正面碰撞,2019/6/16,5,13.2.1车身变形特性正面碰撞,2019/6/16,6,13.2.1车身变形特性正面碰撞,2019/6/16,7,测试车辆以5556km/h的速度撞向刚性壁障，车前部发生了吸能溃缩形变.,2019/6/16,8,13.2.1 车身变形特性侧面碰撞,侧面碰撞时载荷传递路径,2019/6/16,9,13.2.1 车身变形特性 侧面碰撞,2019/6/16,10,13.2.1车身变形特性侧面碰撞,2019/6/16,11,13.2.1 车身变形特性侧面碰撞,2019

3、/6/16,12,13.2.1 车身变形特性侧面碰撞,2019/6/16,13,13.2.1 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。,2019/6/16,14,13.2.2 车身结构安全设计,理想的安全汽车结构变形 P85,图4-4,2019/6/16,15,13.2.2 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,2019/6/16,16,本

4、田雅阁被动安全,本田雅阁车身被动安全技术,2019/6/16,19,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 s

5、oftware 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，

6、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,2019/6/16,29,13.3.1 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,2019/6/16,30,13.3.1 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

7、 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4-14,2019/6/16,31,13.3.1 安全带分类,13.3.1 安全带分类,2019/6/16,33,13.3.2 安全带组成,2019/6/16,34,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。,2

8、019/6/16,35,13.3.2 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。,2019/6/16,37,5. 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

9、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,2019/6/16,38,13.3.3 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4-18,2019/6/16,39,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

10、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,2019/6/16,41,13.4 安全气囊,2019/6/16,42,13.4 安全气囊,2019/6/16,43,安全气囊工作原理,2019/6/16,44,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,2019/6/16,45,1. 控制装置-ECU,1. 控制装置-ECU,2019/6/16,47,1. 控制装置-传感器(机电式)

11、,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,2019/6/16,51,3. 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),2019/6/16,53,13.4.2 安全气囊分类,3)侧

12、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,2019/6/16,54,13.4.3 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 11551,2019/6/16,55,13.4.3 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

13、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）,

14、2019/6/16,58,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。,59,2019/6/16,花冠：车已经把树撞飞了，但是安全气囊未打开,2019/6/16,60,打开后的安全气囊,2019/6/16,61,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SR

15、S前空气囊和座椅安全带预张紧器可能不会一起激活。,2019/6/16,62,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,2019/6/16,63,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。,2019/6/16,64,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

16、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。,2019/6/16,65,13.5 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,2019/6/16,66,13.5.1 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。,2019/6/16,67,13.5.1 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

17、野） 良好的造型,2019/6/16,68,13.5.1 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,2019/6/16,69,13.5.1 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。,2019/6/16,70,13.5.2 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,2019/6/16,71

18、,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）,2019/6/16,72,2019/6/16,73,13.5.2 座椅系统安全结构,沃尔沃头颈保护系统（视频）,2019/6/16,74,13.5.3 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）,2019/6/16,75,13.5

19、.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,2019/6/16,76,13.6 转向系防伤机构 P116,2019/6/16,77,13.6 转向系防伤机构,2019/6/16,78,13.6 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,2019/6/16,79,13.6.1 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。,2019/6

20、/16,80,13.6.1 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,2019/6/16,81,13.6.2 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),2019/6/16,82,13.6.2 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),2019/6/16,83,13.6.2 转向系防伤机构结构原理,3）可断开式转向中间轴（图4-46d),2019/6/16,84,13.6.2 转向系防伤机构结构原理,4）装有钢

21、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。,2019/6/16,85,13.6.2 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,2019/6/16,86,13.6.2 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,2019/6/16,87,13.6.3 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,2019/6/16,88,13.6.3 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: 2123,2019/6/16,89,本 章 结 束,