3汽車安全技術(shù)第3章汽車碰撞安全性設(shè)計(jì)概要

1、第3章 汽車碰撞安全性設(shè)計(jì)3.1 概述3.2 經(jīng)驗(yàn)法和試驗(yàn)法3.3 數(shù)學(xué)分析法3.4 汽車碰撞安全性設(shè)計(jì)3.5 碰撞吸能結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)3.1 概述汽車碰撞安全性問(wèn)題分兩種情況： 新汽車產(chǎn)品的碰撞安全性設(shè)計(jì)問(wèn)題 已有汽車產(chǎn)品的碰撞安全性改進(jìn)問(wèn)題 新設(shè)計(jì)有充分的設(shè)計(jì)空間 改進(jìn)設(shè)計(jì)更有挑戰(zhàn)性研究方法 發(fā)展：經(jīng)驗(yàn)法、試驗(yàn)法、分析法 經(jīng)驗(yàn)法： 單純憑直覺(jué)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行碰撞安全性設(shè)計(jì)和改進(jìn)的方法稱為經(jīng)驗(yàn)法。 直覺(jué)是通過(guò)多次相關(guān)經(jīng)驗(yàn)積累產(chǎn)生的； 經(jīng)驗(yàn)法以大量汽車碰撞事例為基礎(chǔ)。 汽車碰撞試驗(yàn)方法： 主要是通過(guò)模擬汽車碰撞事故中的一些典型的和重要的碰撞過(guò)程來(lái)獲取對(duì)不同結(jié)構(gòu)緩沖吸能特性認(rèn)識(shí)，實(shí)質(zhì)上是通過(guò)人為碰撞事件在短

2、時(shí)間內(nèi)獲取足夠多經(jīng)驗(yàn)的一種 “經(jīng)驗(yàn)法”。 試驗(yàn)過(guò)程和實(shí)際碰撞有區(qū)別。 作用： 研究結(jié)構(gòu)的緩沖吸能特性 檢驗(yàn)汽車零部件能否滿足汽車碰撞安全性 特點(diǎn)： 受試驗(yàn)方法和裝備的先進(jìn)性的影響 用真實(shí)物體在真實(shí)碰撞條件下試驗(yàn) 數(shù)學(xué)分析方法（仿真法）： 主要是應(yīng)用數(shù)學(xué)和力學(xué)工具進(jìn)行汽車碰撞過(guò)程的分析方法。解析法、多剛體動(dòng)力學(xué)法、有限元法等。 特點(diǎn)： 可以節(jié)省碰撞試驗(yàn)次數(shù)，成本低、周期短 可以進(jìn)行危險(xiǎn)的實(shí)驗(yàn)?zāi)M。 仿真是建立相應(yīng)物理系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型在計(jì)算機(jī)上解算的過(guò)程。數(shù)學(xué)模型是仿真的基礎(chǔ)。3.2 經(jīng)驗(yàn)法和試驗(yàn)法 經(jīng)驗(yàn)法： 經(jīng)驗(yàn)法不需要很深的的理論和很高技術(shù)水平，是一種創(chuàng)造。 經(jīng)驗(yàn)法是最直接的設(shè)計(jì)方法，但往往不完

3、善，需要輔以其他方法，將直接經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為科學(xué)、使用、可靠的產(chǎn)品設(shè)計(jì)。經(jīng)驗(yàn)法的例子-安全帶的發(fā)明 汽車安全帶挽救了無(wú)數(shù)人的生命，是對(duì)行車安全的一項(xiàng)重要貢獻(xiàn)。美國(guó)安全榮譽(yù)紀(jì)念館于近期接納了三點(diǎn)式安全帶的發(fā)明人尼波林。 尼波林原是一名飛機(jī)設(shè)計(jì)師，1958年他到底特律沃爾沃汽車公司工作。在考慮汽車遇到緊急剎車或碰撞事故時(shí)，如何能使司機(jī)、乘客牢牢地固定在坐位上，以抵擋住猛烈撞擊不受傷害時(shí)，他認(rèn)為，用皮帶一邊橫跨胸部，一邊橫跨腰下臀部，從同一固定點(diǎn)由上往下緊扣，能固牢整個(gè)人體。這即是今日人們?cè)缫咽熘娜c(diǎn)式汽車安全帶。 1963年，沃爾沃汽車公司把尼波林的三點(diǎn)式汽車安全帶注冊(cè)，并在自產(chǎn)的汽車上裝配。同時(shí)，沃

4、爾沃還把安全帶發(fā)明，免費(fèi)提供給其他企業(yè)使用，以推廣這項(xiàng)保護(hù)生命的發(fā)明。經(jīng)驗(yàn)法的例子-安全氣囊的發(fā)明 1953年8月18日，美國(guó)人約翰，赫特里特獲得了“汽車緩沖安全裝置”的美國(guó)專利。 赫特里特是一位自學(xué)成才的賓夕法尼亞州工程師，他在1952年的一次事故后，萌發(fā)了設(shè)計(jì)撞車安全裝置的想法。在這次事故中，他為躲避一個(gè)障礙物而猛打方向盤進(jìn)行制動(dòng)，他和妻子都用手臂本能地保護(hù)坐在前座中間位置上的女兒。這次事故后他意識(shí)到必須有一個(gè)更好的方法來(lái)保護(hù)乘員，兩周之后他繪好了設(shè)計(jì)圖紙交給了代理人，這份圖紙確定了今天安全氣囊的雛型。 試驗(yàn)法： 試驗(yàn)法是一種直接客觀的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證方法。 目的是再現(xiàn)實(shí)際道路上的車輛碰撞事故并

5、對(duì)其研究。 特點(diǎn)：需要特定的碰撞試驗(yàn)設(shè)施，牽引機(jī)構(gòu)、障礙壁、電測(cè)量系統(tǒng)、高速攝影測(cè)量系統(tǒng)、測(cè)試用假人。碰撞試驗(yàn)： 正面碰撞 車車 偏置碰撞 固定壁 實(shí)車碰撞試驗(yàn) 移動(dòng)壁 側(cè)面碰撞 翻車 追尾碰撞 臺(tái)車模擬 模擬碰撞試驗(yàn) 臺(tái)架模擬 靜態(tài)模擬碰撞試驗(yàn)碰撞試驗(yàn)的作用：對(duì)比優(yōu)選 多方案中選優(yōu)、改進(jìn)研究、影響因素對(duì)比；安全性評(píng)估 直接測(cè)出結(jié)果，對(duì)設(shè)計(jì)、改進(jìn)及產(chǎn)品的安全性評(píng)價(jià)；輔助設(shè)計(jì)與改進(jìn) 輔助設(shè)計(jì)和改進(jìn)的手段。碰撞性試驗(yàn)是破壞性實(shí)驗(yàn)，成本高、耗費(fèi)時(shí)間大、試驗(yàn)結(jié)果和過(guò)程的瞬時(shí)性3.3 數(shù)學(xué)分析法解析法多剛體動(dòng)力學(xué)法有限元法仿真：汽車碰撞力學(xué)仿真解析法建立碰撞力學(xué)模型及求解方法的分析簡(jiǎn)單模型的精確分析汽車

6、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)初期的碰撞概算優(yōu)勢(shì)：建立分析模型多剛體動(dòng)力學(xué)法多體分析力學(xué) 多剛體動(dòng)力學(xué) 多柔體動(dòng)力學(xué)計(jì)算多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 基于拉格朗日方程 多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 剛-柔混合多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)計(jì)算機(jī)多體動(dòng)力學(xué)分析軟件研究航天器、機(jī)器人等的基礎(chǔ)有限元法20世紀(jì)80年代發(fā)展和完善的計(jì)算方法 10ms時(shí)的碰撞變形40ms時(shí)的碰撞變形分析軟件：dyna 3d（ls-dyna3d、oasys -dyna3d）美國(guó)及英國(guó)早期應(yīng)用廣泛美國(guó)及英國(guó)早期應(yīng)用廣泛pam-crash起源法國(guó)，早期歐洲應(yīng)用較多起源法國(guó)，早期歐洲應(yīng)用較多三維造型和分析軟件三維造型和分析軟件ugcatia碰撞安全分析工程師碰撞安全分析工程師 結(jié)構(gòu)碰撞分析結(jié)

7、構(gòu)碰撞分析 乘員保護(hù)分析乘員保護(hù)分析 安全開(kāi)發(fā)安全開(kāi)發(fā) 熟悉汽車碰撞安全基本原理和相關(guān)法規(guī)；熟悉汽車碰撞安全基本原理和相關(guān)法規(guī)； 熟悉碰撞安全分析相關(guān)軟件熟悉碰撞安全分析相關(guān)軟件（hypermesh，ls-dyna，madymo， pam-crash）的應(yīng)用的應(yīng)用3.4 汽車碰撞安全性設(shè)計(jì)整車?yán)硐肱鲎蔡匦钥v向碰撞理想特性 保證足夠生存空間，不產(chǎn)生過(guò)大變形； 乘坐室外的車體結(jié)構(gòu)盡可能變形，合理吸收碰撞能量側(cè)面碰撞理想特性 車門和立柱盡可能大的剛性，變形要?。?車門內(nèi)板應(yīng)柔軟碰撞安全性的反推設(shè)計(jì)法碰撞界面緩沖吸能系統(tǒng)安全區(qū)保護(hù)結(jié)構(gòu)系統(tǒng) 轉(zhuǎn)向盤與內(nèi)飾系統(tǒng) 安全氣囊系統(tǒng) 安全帶和安全座椅系統(tǒng)人體響應(yīng)安全法規(guī)3.5 碰撞吸能結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)焊點(diǎn)與吸能焊接強(qiáng)度、焊接形式的因素a)焊點(diǎn)開(kāi)裂，彎折變形 b)焊點(diǎn)未開(kāi)裂，產(chǎn)生充分皺褶變形壁厚與吸能 壁厚太小不具備吸能條件 壁厚太大不容易變形吸能壁厚對(duì)碰撞變形吸能特性的影響