第4章汽車被動安全性

1、4.1 概述4.2 車身結(jié)構(gòu)4.3 安全帶4.4 安全氣囊4.5 座椅4.6 轉(zhuǎn)向系2021/11/141被動安全性被動安全性 指事故發(fā)生時保護乘員和步行者，使直接損失降至最低的能力。 分為車外被動安全性和車內(nèi)被動安全性 一次碰撞 （汽車與障礙碰撞）和二次碰撞 （駕駛員與車內(nèi)物體碰撞）被動安全系統(tǒng)被動安全系統(tǒng) 安全車身結(jié)構(gòu) 外部安全 乘員保護系統(tǒng) 內(nèi)部安全2021/11/142l功能 盡可能緩沖和吸收車輛及乘員運動能量 確何乘員有效生存空間，且易于逃脫和車外救護2021/11/143l前碰撞l側(cè)面碰撞l追尾碰撞l翻滾2021/11/1442021/11/1452021/11/1462021/1

2、1/1472021/11/148l側(cè)面碰撞時載荷傳遞路徑2021/11/1492021/11/14102021/11/14112021/11/14122021/11/1413l汽車防撞鋼梁（視頻） 一輛車應(yīng)該有前后兩根防撞u型鋼梁（3mm厚)。前面一根，在正面碰撞時候起作用，后面一根，在被追尾時候起作用。 2021/11/1414l理想的安全汽車結(jié)構(gòu)變形lp85,圖4-42021/11/1415l1. 前保險杠（圖4-6） 作用：吸能，避免重要部件損壞 分類：阻尼型，彈性型等l2.后保險杠l3.側(cè)圍保險杠l4. 吸能車架（圖4-7）l5.翻車安全對策2021/11/1416本田雅閣被動安全本田

3、雅閣被動安全本田雅閣車身被動安全技術(shù)本田雅閣車身被動安全技術(shù)2021/11/1419本田雅閣車身被動安全技術(shù)本田雅閣車身被動安全技術(shù)7. 7. 翻車安全對策翻車安全對策4.2.3 4.2.3 車身碰撞過程的數(shù)據(jù)分析車身碰撞過程的數(shù)據(jù)分析1. 車身碰撞有限元分析過程 p89,p89,圖圖4-9,4-9,圖圖4-104-102.車身碰撞過程的計算機仿真 1)多剛體動力學(xué)方法 采用 mvma2d,madym02d等軟件 2)動態(tài)大變形非線性有限元法 3)多剛體動力學(xué)和動態(tài)大變形非線性有限元混合法4.2.3 4.2.3 車身碰撞過程的數(shù)據(jù)分析車身碰撞過程的數(shù)據(jù)分析基于基于hyperworkshyper

4、works的車身碰撞有限元分析的車身碰撞有限元分析 a cars colliding with wall based on a cars colliding with wall based on hyperworkshyperworks finite element software finite element software 長安大學(xué)長安大學(xué) 袁顯舉袁顯舉 本文利用本文利用hyperworkshyperworks有限元軟件的高精度計算能力來分有限元軟件的高精度計算能力來分析車身的剛性碰撞，同時對碰撞過程中乘員的姿態(tài)變化以及析車身的剛性碰撞，同時對碰撞過程中乘員的姿態(tài)變化以及所受沖擊進行簡

5、單模擬。最終通過分析結(jié)果對車身的設(shè)計參所受沖擊進行簡單模擬。最終通過分析結(jié)果對車身的設(shè)計參數(shù)提出修改意見。數(shù)提出修改意見。賽車車身空氣動賽車車身空氣動力學(xué)計算機仿真力學(xué)計算機仿真l維特c6r gt2賽車的cad三視圖和透視圖 這幅這幅cfdcfd（計算流體力學(xué)）仿真圖展示了（計算流體力學(xué)）仿真圖展示了c6r gt2c6r gt2賽車行駛時，氣流流過賽車表賽車行駛時，氣流流過賽車表面的概況。面的概況。 展示了展示了c6r gt2c6r gt2賽車行駛時車身表面各賽車行駛時車身表面各部分受到的下壓力情況：紅色表示大數(shù)值部分受到的下壓力情況：紅色表示大數(shù)值的下壓力；藍色表示小數(shù)值的下壓力。的下壓力；

6、藍色表示小數(shù)值的下壓力。賽車剎車時散熱氣流的流線：前輪剎車盤的散賽車剎車時散熱氣流的流線：前輪剎車盤的散熱氣流從前輪流出，沿著車身側(cè)面流向車身后熱氣流從前輪流出，沿著車身側(cè)面流向車身后方；發(fā)動機散熱氣流流過車頂，并經(jīng)過尾翼下方；發(fā)動機散熱氣流流過車頂，并經(jīng)過尾翼下方流向車身后方。方流向車身后方。 賽車行駛時氣流旋渦：氣流流過車輪處紊亂并賽車行駛時氣流旋渦：氣流流過車輪處紊亂并形成旋渦形成旋渦( (藍色藍色) )；氣流流過車頂時保持良好秩；氣流流過車頂時保持良好秩序，經(jīng)過尾翼下方時迅速紊亂并形成巨大的旋序，經(jīng)過尾翼下方時迅速紊亂并形成巨大的旋渦渦( (阻力的最大源泉阻力的最大源泉) ) 。4.3

7、.1 安全帶分類4.3.2 安全帶組成4.3.3 安全帶改進2021/11/1429l安全帶的發(fā)明者nils bohlinl沃爾沃公司l1959年l三點式安全帶2021/11/1430l1.安全帶的作用與原理 將乘員約束在座椅上，減小二次碰撞危險l2.安全帶分類主動型人工鎖扣、解扣被動型-車門關(guān)閉、開啟后自動鎖扣、解扣兩點式-腰帶、肩帶三點式-連續(xù)、分離，兼有腰帶、肩帶功能全背式-馬甲式 見圖4-142021/11/14312021/11/14332021/11/1434卷收器卷收器插板插板織帶織帶鎖扣鎖扣調(diào)節(jié)件調(diào)節(jié)件l組成 織帶：高強度，能量吸收性，耐磨，延伸性 gb規(guī)定抗拉強度達到 222

8、60 n以上 帶扣（插板）、帶扣鎖（鎖扣）：快速約束、解脫 卷收器：卷收器：無鎖止卷收器、自鎖式卷收器、緊急鎖止式卷收器 調(diào)節(jié)件：調(diào)節(jié)織帶長度 預(yù)張器 ：發(fā)生撞車事故時，預(yù)先張緊并鎖住安全帶，彌補了緊急鎖止卷收器的不足。2021/11/1435卷收器分為自鎖式卷收器和緊急鎖止式卷收器。l自鎖式卷收器可自由地將織帶拉出，一旦將織帶拉到所需長度之后即自動鎖緊。如果在拉出過程即使尚未達到所需長度而中途停頓，也會被自動鎖緊，只能使其縮回重拉。 l緊急鎖止卷收器在汽車正常行狀態(tài)下，織帶隨乘員需要自由伸縮，但當(dāng)汽車速度急驟變化時，其鎖止機構(gòu)鎖止并保持束緊力。傳感方式有三種：感受織帶拉出加速度的、感受汽車加

9、速度的和復(fù)合式。 2021/11/14375. 緊急鎖止卷收器緊急鎖止卷收器1.織帶預(yù)拉緊器（預(yù)張器 ）2.限荷器:移動卷收器放松織帶，減小拉力 圖4-19, 銷軸擠壓支架梯形長槽,槽變形使卷收器沿支架的長槽向上滑動,限制最大拉力。3.高度調(diào)節(jié)器4.自動緊急鎖止5.安全帶自動佩帶裝置2021/11/1438l預(yù)拉緊式安全帶是指在發(fā)生撞擊的一瞬間10ms，卷收器會自動將安全帶往回拉一段距離約40mm，以消除安全帶與身體之間的間隙，減小乘員的位移。l（雅力士、polo、邁騰、新君威） 鎖機式：p95,圖4-17 煙火式（爆燃式安全帶）p96 ,圖4-182021/11/1439預(yù)拉緊式安全帶預(yù)拉緊

10、式安全帶原理原理安全氣囊(supplemental restraint system，srs)，也稱輔助乘員保護系統(tǒng)。在1953年，第一個氣囊專利誕生，但是由于當(dāng)時的技術(shù)水平限制，還不能把這種想法或?qū)＠吨T實現(xiàn)，1980年，在部分汽車上安裝了安全氣囊2021/11/14412021/11/14422021/11/14432021/11/1444疊氮化疊氮化納納1.控制裝置傳感器 機械式傳感器(p99, 圖4-24,圖4-25) 機電式傳感器 電子式傳感器2.氣體發(fā)生器 煙氣式 、 壓縮式、 混合式3.氣袋2021/11/14451. 1. 控制裝置控制裝置-ecu-ecu1. 1. 控制裝置控

11、制裝置-ecu-ecu2021/11/14471. 1. 控制裝置控制裝置-傳感器傳感器( (機電式機電式) )1. 1. 控制裝置控制裝置-傳感器傳感器( (機電式機電式) )固定觸點固定觸點轉(zhuǎn)動觸點轉(zhuǎn)動觸點1. 1. 控制裝置控制裝置-傳感器傳感器( (電子式電子式) ) 2021/11/14513. 3. 氣袋氣袋（1）氣袋材料: 尼龍66（2）氣袋: 涂層（3）氣袋: 漏氣特性（4）氣袋: 排氣機構(gòu)排氣方向不得與氣袋膨脹方向一致1. 按傳感器類型1)機械式安全氣囊 (p102, 圖4-28，一體式)2)機電式3)電子式（采用多個傳感器， ecu控制，判斷準(zhǔn)確）2. 按安裝位置1)駕駛員

12、側(cè)氣囊(方向盤氣囊)2)前排乘員安全氣囊(儀表板氣囊)2021/11/14533)側(cè)撞安全氣囊a)胸部側(cè)撞安全氣囊(安裝于車門側(cè))b)頭部側(cè)撞安全氣囊(安裝于車頂門框,管狀、簾 式)4)后座椅安全氣囊(安裝于靠背上部)3. 其它類型氣囊 充氣膝部軟墊，充氣地毯2021/11/1454l美國 fmvss 208乘員碰撞保護 美國 fmvss 214側(cè)面碰撞防護l歐洲 ece r94 正面碰撞乘員保護法規(guī) 歐洲 ece r95 側(cè)面碰撞保護法規(guī)l國標(biāo) gb 115512021/11/1455 在美國，因為安全氣囊系統(tǒng)是按駕駛員不配戴座椅安全帶來設(shè)計的，氣囊體積大、充氣時間長。所以，安全氣囊系統(tǒng)在較

13、低的減速度閾值時，即汽車在較低的車速(20km/h左右) 行駛而發(fā)生碰撞時，就引爆點火劑，使充氣劑(疊氮化鈉)受熱分解給氣囊充氣。 在日本和歐洲，由于安全氣囊系統(tǒng)是按駕駛員配戴座椅安全帶來設(shè)計的，氣囊體積小、充氣時間短，所以設(shè)定的減速度閾值較高，汽車在較高車速(30km/h左右) 行駛而發(fā)生碰撞時，安全氣囊系統(tǒng)才能引爆點火劑使充氣劑受熱分解給氣囊充氣。1.輕小型氣囊（新型尼龍、薄層、無涂層氣袋）2.氣袋展開模式（先展開后膨脹）3.智能型氣囊（兩次動作srs，多級氣體發(fā)生器）4.傳感器新技術(shù)（傳感與診斷、側(cè)碰傳感、乘員位置、座椅位置、臨界體重傳感）2021/11/1458l周先生在杭州的八下里一

14、汽豐田4s店購買了一款價值19萬元的卡羅拉轎車，今年3月的一次撞擊中車頭受損嚴(yán)重，并且他本人也在撞擊中受傷，在前臉損毀的情況下，這輛車的安全氣囊居然沒有打開。592021/11/142021/11/14602021/11/1461l(1)如果正面碰撞的嚴(yán)重程度超出設(shè)計的臨界值，相當(dāng)于以約25km/h(公里/小時)的車速徑直撞在固定或不能變形的障礙物上，則srs前空氣囊應(yīng)張開。l(2)在某些碰撞中，車輛前向減速度非常接近設(shè)計的臨界值，但srs前空氣囊和座椅安全帶預(yù)張緊器可能不會一起激活。2021/11/1462l以下狀況可能不會導(dǎo)致正面安全氣囊打開：主要包括三種情況l(1)(1)側(cè)面碰撞側(cè)面碰撞

15、l(2)(2)追尾追尾l(3)(3)翻車翻車2021/11/1463l其中編號9就是前空氣囊傳感器，從圖中我們可以發(fā)現(xiàn)傳感器位置在和前車輪平行的位置，而周先生的車輛前部明顯還沒有潰縮到這個位置。2021/11/1464 由于車輛并沒有正面碰撞，實際碰撞位置是車輛的右側(cè)前大燈位置，兩車相撞后，被撞車輛由于慣性繼續(xù)行駛導(dǎo)致卡羅拉前臉被拉扯變形，而且對于周先生稱80公里的速度相撞表示懷疑，因為當(dāng)車輛已80公里時速相撞的時候車輛前部會發(fā)生嚴(yán)重的形變，而實際上車輛在進一步檢測中發(fā)現(xiàn)并沒很明顯的潰縮現(xiàn)象，也就是說車輛碰撞的強度確實沒有達到激發(fā)安全氣囊的程度，所以安全氣囊未彈起。2021/11/1465l4

16、.5.1 座椅系統(tǒng)概述l4.5.2 座椅系統(tǒng)安全結(jié)構(gòu)l4.5.3 座椅系統(tǒng)安全性能要求2021/11/14661.座椅系統(tǒng)的作用及要求主要作用定位駕駛員（駕駛、視野）；支撐人體、保持平穩(wěn)；減振；保護乘員。2021/11/1467主要要求 良好的靜態(tài)特性 足夠的強度和剛度 良好的振動特性 滿足整車布置的要求（距離、空間、視野） 良好的造型2021/11/14682. 座椅系統(tǒng)的安全性研究內(nèi)容:汽車尾部碰撞的乘員保護（沃爾沃）頭枕與座椅背后沖擊能量吸收設(shè)計理念柔性設(shè)計及剛性設(shè)計剛?cè)岵⑦M，軟硬兼施2021/11/14692. 座椅系統(tǒng)的安全性座椅系統(tǒng)作為被動安全的功能:保證乘員的生存空間;保持乘員姿

17、態(tài);吸收能量。如：座椅脫離車體，靠背不牢，乘員下滑（潛水），頭枕過低。2021/11/1470l1. 座椅分類l2. 座椅安全結(jié)構(gòu) 骨架 座墊 調(diào)節(jié)裝置 靠背 連接部件 頭枕頭枕2021/11/1471l頭枕 被追尾時，防止頸部受傷 固定式 可拆式（p112，表4-2，表4-3） 可調(diào)節(jié)型 不可調(diào)節(jié)型l（gb11550-1995） 位置和尺寸要求 強度和吸能性要求（靜載、沖擊試驗）2021/11/14722021/11/1473l沃爾沃頭頸保護系統(tǒng)（視頻）沃爾沃頭頸保護系統(tǒng)（視頻）2021/11/1474l1. 體壓分布要求 （圖 4-42）l坐墊部分坐墊部分/ /靠背部分靠背部分 左右對稱

18、無明顯異常值 坐骨附近壓力最高，向四周減小 第四五節(jié)腰椎骨處壓力最大l座椅設(shè)計時結(jié)構(gòu)要求（座椅設(shè)計時結(jié)構(gòu)要求（p114p114，7 7條）條）2021/11/1475l2. 振動特性要求 彈性特性 rn杰恩威上下振動容許極限圖（圖4-44）l3. 強度剛度要求 靜強度剛度要求（p116, 4條） 沖擊和交變載荷要求2021/11/14762021/11/14772021/11/1478l4.6.1 轉(zhuǎn)向管柱與駕駛員正面碰撞關(guān)系l4.6.2 轉(zhuǎn)向系防傷機構(gòu)結(jié)構(gòu)原理l4.6.3 能量吸收式轉(zhuǎn)向柱管2021/11/1479一次碰撞:汽車前部變形，轉(zhuǎn)向中間軸后移， 隔絕碰撞。2021/11/1480二次碰撞: 碰撞繼續(xù)發(fā)生，管柱后移，駕駛員前傾。吸能式轉(zhuǎn)向柱的作用是：吸收二次碰撞能量和駕駛員的部分慣性能量2021/11/1