智能電動汽車安全技術(shù) 課件 第三章 電池碰撞保護

智能電動汽車被動安全技術(shù)

電池碰撞保護一汽車整體被動安全性二三智能約束系統(tǒng)安全性電池碰撞保護一電動汽車碰撞后發(fā)生起火的情況屢見不鮮，如何提高電動碰撞后的安全性，避免起火，一直是電動汽車領(lǐng)域的熱點問題。電池碰撞保護1.電池碰撞保護的意義2.電動汽車碰撞起火的原因車輛碰撞短路產(chǎn)熱起火造成車輛碰撞后起火的主要原因之一是：電動汽車發(fā)生碰撞后，其內(nèi)部高能量密度的動力電池受到擠壓而發(fā)生形變甚至破損，導(dǎo)致電池發(fā)生短路而出現(xiàn)熱失控現(xiàn)象，最終導(dǎo)致電動汽車起火爆炸。車體變形電池受到擠壓，出現(xiàn)變形、破損內(nèi)部短路外部短路電池?zé)崾Э?，大量產(chǎn)熱引燃絕緣體及周圍易燃物質(zhì)電池碰撞保護3.

電動汽車動力電池包的組成電芯電池模組電池包串聯(lián)/并聯(lián)對于絕大部分電動汽車而言，其動力電池通常由多個電池模組組成，并安裝于汽車底部，而電池模組則由多個電芯通過串聯(lián)或并聯(lián)組成。電池碰撞保護當(dāng)發(fā)生碰撞時，車身結(jié)構(gòu)、電池箱、碰撞吸能區(qū)等往往能夠吸收部分沖擊能量。當(dāng)碰撞強度較低時，內(nèi)部的電池并不受到損傷。車身結(jié)構(gòu)中設(shè)有專門的電池箱，用于固定電池，防止電池在碰撞中移位或受損。電池箱固定車身結(jié)構(gòu)中的支撐部件能夠為電池提供剛性支撐，防止電池在碰撞中受到擠壓或變形。剛性支撐車身結(jié)構(gòu)的前部和側(cè)面設(shè)計有碰撞吸能區(qū)，能夠在碰撞時吸收沖擊能量，減少對電池的直接沖擊。碰撞吸能區(qū)電池碰撞保護4.電動汽車車身結(jié)構(gòu)對電池的保護而當(dāng)遭遇極端碰撞工況時，車身和電池箱無法再為電池提供充分的保護。此時，電池自身的機械力學(xué)性能便成為了最后一道防線。因此，為了應(yīng)對極端碰撞工況，在設(shè)計動力電池時往往希望電芯也具有一定的機械力學(xué)性能來抵抗沖擊，以提高電池系統(tǒng)在碰撞中的安全性。而鋰離子電芯的機械性能往往由其結(jié)構(gòu)形式和組成材料的力學(xué)性能所決定。電池碰撞保護5.惡劣碰撞工況下的電池防護目前，電動汽車中常用的鋰離子電芯主要有：圓柱形鋰離子電芯、軟包鋰離子電芯和方形鋰離子電芯。圓柱形鋰離子電芯軟包鋰離子電芯方形鋰離子電芯電芯碰撞性能1.鋰離子電池及其結(jié)構(gòu)常用鋰離子電芯高能量密度可靠性高易于集成成本較低01020304圓柱形鋰離子電芯采用高能量密度的材料，能夠提供更長的續(xù)航里程。圓柱形結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定，不易發(fā)生變形或損壞，可靠性較高。圓柱形電芯形狀一致，易于在電池組中排列和集成，提高了電池組的組裝效率和穩(wěn)定性。圓柱形鋰離子電芯的生產(chǎn)工藝成熟，相對其他形狀的電芯成本較低。電芯碰撞性能1.鋰離子電池及其結(jié)構(gòu)圓柱形鋰離子電芯的特點軟包鋰離子電芯采用鋁塑膜包裝，較傳統(tǒng)金屬外殼電芯更輕便，因此具有更高的能量密度，能夠提供更長的續(xù)航里程。能量密度高軟包鋰離子電芯采用鋁塑膜包裝，不易發(fā)生爆炸或起火，安全性較高。安全性好軟包鋰離子電芯采用薄型設(shè)計，能夠?qū)崿F(xiàn)快速充電，縮短充電時間。充電速度快軟包鋰離子電芯采用鋁塑膜包裝，可回收再利用，符合環(huán)保要求。環(huán)保電芯碰撞性能1.鋰離子電池及其結(jié)構(gòu)軟包鋰離子電芯的特點方形鋰離子電芯采用先進的材料技術(shù)，具有較高的能量密度，能夠提供更長的續(xù)航里程。高能量密度由于其結(jié)構(gòu)特點，方形鋰離子電芯在充放電過程中表現(xiàn)出了良好的穩(wěn)定性，提高了電池系統(tǒng)的安全性。穩(wěn)定性好方形電芯形狀規(guī)整，易于在電池包中排列和集成，有利于提高電池包的能量密度和利用率。易于集成隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴大和技術(shù)進步，方形鋰離子電芯的成本逐漸降低，為電動汽車的普及奠定了基礎(chǔ)。成本效益電芯碰撞性能1.鋰離子電池及其結(jié)構(gòu)方形鋰離子電芯的特點內(nèi)芯內(nèi)芯由正、負極材料和隔膜材料通過卷繞或疊片工藝制成，是電芯受到機械載荷時主要的吸能部分。電解液電解液是組成動力電池的核心之一，動力電池在工作時通過向正負電極不斷傳送陰陽離子，使得電解液內(nèi)部產(chǎn)生電流，與外部的電極一起構(gòu)成完整電路。外殼外殼是電芯的支撐骨架，對鋰離子電池內(nèi)部的部件進行封裝，防止與外部直接接觸，且當(dāng)電池受到外力作用時，能夠作為電池保護層保護電芯不被破壞。

電芯碰撞性能1.鋰離子電池及其結(jié)構(gòu)圓柱形鋰離子電芯結(jié)構(gòu)軟包電芯方形電芯與圓柱形鋰離子電芯一樣，軟包電芯和方形電芯也均由：內(nèi)芯、電解液和外殼三部分組成。電芯碰撞性能1.鋰離子電池及其結(jié)構(gòu)軟包鋰離子電芯、方形鋰離子電芯結(jié)構(gòu)內(nèi)芯——電芯受到機械載荷時主要的受力和吸能部分。已有研究表明，軟包鋰離子電芯和圓柱鋰離子電芯的機械強度主要由內(nèi)芯提供。圓形卷繞內(nèi)芯機械強度堆疊內(nèi)芯方形卷繞內(nèi)芯根據(jù)制造工藝的不同，現(xiàn)有鋰離子的內(nèi)芯主要有以下三種形式：圓形卷繞內(nèi)芯方形卷繞內(nèi)芯堆疊內(nèi)芯三種內(nèi)芯的區(qū)別不僅僅在于結(jié)構(gòu)形式和制造工藝的不同，在機械強度上也存在一定的差異。電芯碰撞性能2.內(nèi)芯結(jié)構(gòu)不同內(nèi)芯結(jié)構(gòu)及其機械性能除選擇合適的電芯結(jié)構(gòu)外，對內(nèi)芯結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計也能夠在一定程度上提高鋰離子電池的安全性能。比亞迪集團所開發(fā)的刀片電池，通過增加電芯長度和降低電芯厚度，使電芯具有更大的散熱面積，能夠有效降低電池穿刺過程中的熱量積累，避免熱失控的發(fā)生，提高了電池的安全性能。電芯碰撞性能2.內(nèi)芯結(jié)構(gòu)內(nèi)芯結(jié)構(gòu)的優(yōu)化提供離子通道，允許陰陽離子通過傳遞載荷，并且能控制鋰離子的流動速度和流向。0201置于鋰離子電池的正負電極間，防止二者直接接觸發(fā)生短路，而導(dǎo)致熱失控、爆炸等問題。隔膜——鋰離子電池的重要組成部分，其功能主要包括以下兩方面：除此之外，隔膜材料的的孔徑、孔隙率、厚度等參數(shù)對電池的充放電性能、內(nèi)阻、容量等有重要影響。隔膜的穩(wěn)定性對電池的安全性能至關(guān)重要，需要具備優(yōu)良的熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性和機械強度。一般而言，隔膜機械強度越高、熱收縮率越低，電池安全性越高。電芯碰撞性能3.電芯材料

——隔膜隔膜材料的作用正極負極正極隔膜隔膜沖頭實驗參數(shù)：鋰離子電池：20Ah軟包電池；沖頭直徑D：13mm；加載速度：5mm/min(低速)、4.5m/s(高速)。V實驗原理圖低速穿刺電芯碰撞性能3.電芯材料——隔膜隔膜材料高、低速穿刺實驗力/kN電池電壓/V時間/s在靜態(tài)加載過程中，并未出現(xiàn)明顯的短路現(xiàn)象，直到?jīng)_頭反向運動時，才出現(xiàn)明顯的短路現(xiàn)象（電壓陡降）。沖頭隔膜正極負極靜態(tài)穿刺在靜態(tài)載荷作用下，隔膜材料具有很高的延展率，在斷口處充分延展，可以繼續(xù)將正負電極阻隔開，以避免短路的發(fā)生。（1）靜態(tài)穿刺（v=5mm/min）電芯碰撞性能3.電芯材料——隔膜隔膜材料高、低速穿刺實驗力/kN電池電壓/V時間/s而在動態(tài)加載過程中，在沖頭穿透電池的瞬間，便出現(xiàn)了明顯的短路，電壓和載荷在同一時刻出現(xiàn)了陡降。隔膜沖頭正極負極而在動態(tài)載荷作用下，隔膜展現(xiàn)出明顯的應(yīng)變率效應(yīng)，即隨著加載速率的提高，隔膜的韌性逐漸降低，在高速載荷作用下，隔膜無法充分延展來阻隔正負電極避免短路的發(fā)生。動態(tài)穿刺電芯碰撞性能（1）動態(tài)穿刺（v=4.5m/s）3.電芯材料——隔膜隔膜材料高、低速穿刺實驗微孔聚烯烴薄膜材料由于具有優(yōu)良的機械性能、化學(xué)穩(wěn)定性等特性，是目前應(yīng)用最廣泛的鋰離子電池隔膜材料。選擇合適的隔膜材料對于電池的充放電性能與安全性具有十分重要的影響。目前市場上鋰離子電池所使用的隔膜主要有：微孔聚烯烴薄膜、無紡布墊和無機混合物膜三種。微孔聚烯烴薄膜無紡布墊無機混合物膜電芯碰撞性能3.電芯材料——隔膜常用隔膜材料良好的機械性能聚烯烴隔膜材料具有較高的拉伸強度和撕裂強度，能夠承受電池充放電過程中的壓力和溫度變化。良好的化學(xué)穩(wěn)定性聚烯烴隔膜材料對電解液具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，不易發(fā)生腐蝕和老化現(xiàn)象。良好的電氣絕緣性聚烯烴隔膜材料具有較高的電氣絕緣性能，能夠保證電池的安全性能。良好的孔徑大小和孔隙率聚烯烴隔膜的孔徑大小和孔隙率對鋰離子的傳輸性能具有重要影響，適宜的孔徑大小和孔隙率可以提高電池的充放電性能。聚烯烴薄膜特性電芯碰撞性能3.電芯材料——隔膜聚烯烴薄膜的特性常用微孔聚烯烴隔膜主要包括：聚乙烯隔膜(PE)、聚丙烯隔膜(PP)、聚乙烯聚丙烯混合物隔膜(PE-PP)和高密度聚乙烯隔膜(HDPE)四種。01聚乙烯隔膜（PE）聚烯烴材料具有優(yōu)良的機械性能、化學(xué)穩(wěn)定性和電絕緣性，是目前應(yīng)用最廣泛的鋰離子電池隔膜材料。02聚丙烯隔膜（PP）聚酰亞胺材料具有高溫穩(wěn)定性、良好的電絕緣性能和化學(xué)穩(wěn)定性，主要用于高能量密度、高溫環(huán)境下的鋰離子電池。03聚乙烯聚丙烯混合物隔膜（PE-PP）聚酯材料具有較高的耐熱性能和機械強度，適用于中高溫環(huán)境下的鋰離子電池。04聚乙烯聚丙烯混合物隔膜（PE-PP）聚酯材料具有較高的耐熱性能和機械強度，適用于中高溫環(huán)境下的鋰離子電池。電芯碰撞性能3.電芯材料——隔膜常用微孔聚烯烴隔膜采用噴涂、熱處理、多層隔膜等工藝也能有效提高隔膜的機械強度。如對隔膜材料進行熱處理也能提高其穿刺強度，降低橫向和縱向收縮率；在隔膜表面涂覆無機陶瓷層來提高隔膜材料的耐擊穿和絕熱特性。比亞迪、國軒高科等車企通過在隔膜表面增加功能涂層來提升電池隔膜的機械強度，降低電池內(nèi)部短路風(fēng)險。目前采用耐熱涂層涂敷技術(shù)的隔膜在超高溫150℃下仍能保持良好的尺寸結(jié)構(gòu)，防止內(nèi)部短路擴散。電芯碰撞性能3.電芯材料——隔膜提高隔膜材料機械強度的措施電子導(dǎo)通電極中的導(dǎo)電劑能夠提供電子導(dǎo)通通道，使電子能夠從正極經(jīng)過外部電路到達負極，形成電流回路。離子導(dǎo)通電極中的電解質(zhì)能夠提供離子導(dǎo)通通道，使鋰離子能夠從正極經(jīng)過電解質(zhì)嵌入到負極，實現(xiàn)電荷的平衡。儲存和釋放電能電極作為電池內(nèi)部儲存和釋放電能的關(guān)鍵部分，通過鋰離子的嵌入和脫出來實現(xiàn)電能的儲存和釋放。電芯碰撞性能3.電芯材料——電極電極的作用集流體活性物質(zhì)粘結(jié)劑添加劑作為電極的基底，集流體負責(zé)收集和傳輸電流，常用材料為銅箔和鋁箔。粘結(jié)劑的作用是將活性物質(zhì)粘附在集流體上，同時起到填充間隙和增加電極機械強度的效果。添加劑主要用于改善電極的電化學(xué)性能，如提高電極的電導(dǎo)率、抑制電極的膨脹或收縮等?；钚晕镔|(zhì)是電極的核心部分，負責(zé)儲存和釋放能量，其性能直接影響到電池的能量密度和循環(huán)壽命。常用活性物質(zhì)有磷酸鐵鋰、鈷酸鋰、鎳鈷錳三元鋰化合物和石墨。電芯碰撞性能3.電芯材料——電極電極的組成正極拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線負極拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線正極壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線負極壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線從上表中可以看出，在相同的實驗工況下，陽極材料往往更容易屈服、失效。實驗工況失效應(yīng)力失效應(yīng)變拉伸正極20MPa0.031~0.033負極22~25MPa0.08~0.086壓縮正極//負極178MPa0.55集流體斷裂集流體斷裂從拉伸實驗中可以看出，電極的拉伸強度主要取決于金屬集流體，當(dāng)集流體斷裂后，應(yīng)力迅速下降，電極失效。電芯碰撞性能3.電芯材料——電極正、負電極拉壓實驗在壓縮實驗中，活性多孔材料被逐漸壓實，使得電極的彈性模量（斜率）不斷增大，并至一定值后保持不變。但在正極的壓縮過程中，并未檢測到明顯的失效行為，而出現(xiàn)了兩個明顯的轉(zhuǎn)折點。硬度較高的電極材料在受到外力作用時不易發(fā)生形變，保持其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，從而降低電池內(nèi)部短路的風(fēng)險。此外，硬度較高的電極材料具有更好的抗沖擊和抗擠壓性能，有助于提高電池的安全性。脆性較大的電極材料在受到外力作用時易發(fā)生斷裂，導(dǎo)致電池內(nèi)部短路的風(fēng)險增加，以及在充放電過程中容易發(fā)生體積變化，導(dǎo)致電池容量下降和安全性降低。彈性模量較高的電極材料能夠更好地吸收和分散外力作用，降低電池內(nèi)部的應(yīng)力集中，減少電池破裂和短路的風(fēng)險。此外，電極材料的彈性模量還與其抗疲勞性能相關(guān)，有助于提高電池的循環(huán)壽命和安全性。硬度彈性模量脆性熱穩(wěn)定性當(dāng)電芯受到外部沖擊而出現(xiàn)內(nèi)部短路，使電極材料發(fā)生劇烈的分解反應(yīng)而失效，選擇熱穩(wěn)定性好的電極材料對于電池碰撞安全性能也十分重要。電芯碰撞性能發(fā)展新型電池材料、新型材料選擇方法與理論以及陽極材料電化學(xué)反應(yīng)機制是未來的研究重點。同時，更加深入地理解硅或合金作為陰極材料在鋰離子電池使用過程中的失效機理也是亟待解決的問題。3.電芯材料——電極電極材料力學(xué)性能對電芯機械強度與安全性的影響外殼是鋰離子電芯的支撐骨架，其主要起到密封和和保護作用：對鋰離子電芯的內(nèi)部部件進行封裝，防止與外部直接接觸；當(dāng)電芯受到外力時，作為電池保護層保護電芯不受破壞。外殼力學(xué)強度越高，在碰撞時發(fā)生大變形的風(fēng)險越小。鋼制外殼鋁制外殼鋁塑膜外殼常用外殼材料主要有：鋼、鋁和鋁塑膜三種。三者中，鋼制外殼具有更高的力學(xué)強度，鋁制外殼次之。但鋁塑膜外殼具有更好的延展性和散熱性能，當(dāng)發(fā)生熱失控時通常僅會發(fā)生鼓包，鋼制和鋁制外殼更容易發(fā)生爆炸。電芯碰撞性能3.電芯材料——外殼外殼材料的作用與常用外殼材料F方形電芯平面擠壓實驗根據(jù)曲率變化的不同，整個過程可以分為以下三個階段：階段1：外殼承載階段階段2：內(nèi)芯壓實階段階段3：塑性硬化階段外殼為電池所受外載荷的主要承受結(jié)構(gòu)；應(yīng)力隨位移的增加而不斷增加，并在階段末達到27kN左右的峰值載荷。內(nèi)芯高度致密化并出現(xiàn)塑性硬化現(xiàn)象，電池的整體受力以接近線性的形式快速增長；該階段，外殼對電池的整體力學(xué)特性基本沒有影響，主要取決于電池內(nèi)芯。外殼開始發(fā)生較大的塑性變形，內(nèi)芯開始逐漸受力；內(nèi)芯由多孔顆粒狀的火星物質(zhì)組成，內(nèi)部存在一定的空隙。因此在階段2的前期，呈現(xiàn)出，隨著電池變形的增加，電池的整體受力基本保持不變；階段2后期，隨著內(nèi)芯致密化程度的增大，電池的整體受力緩慢上升。電芯碰撞性能3.電芯材料方形電芯平面擠壓實驗電池包一般由電池箱體、電池托盤、電池模組、電池罩蓋以及電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)等部分組成。電池托盤電池包底蓋電池包頂蓋電池罩蓋電池模組橫梁典型電池包結(jié)構(gòu)其中，電池箱體處在電池包的最外側(cè)。當(dāng)發(fā)生碰撞時，電池箱首先承受沖擊，是電動汽車動力電池的重要載體和防護結(jié)構(gòu)。通常希望電池箱在碰撞過程中不要發(fā)生過大的變形，避免對內(nèi)部的電池造成擠壓，所以要求電池箱具有一定的力學(xué)強度。電池箱體機械碰撞防護1.典型電池包結(jié)構(gòu)上箱體(頂蓋)確保箱體的整體密封以及防塵防水，不作為電池模組的主要承載部件；通?？刹捎娩摪宀牧蠜_壓成型、鋁合金沖壓成型、復(fù)合材料注塑成型等工藝進行加工，并在頂蓋上布置一定的加強筋以提高頂蓋的剛度。下箱體(底蓋)電池組的主要保護和承載部件，需要保證電動汽車在多種復(fù)雜工況下電池模組及其內(nèi)部電子元件的牢固穩(wěn)定，避免由于電池模組在運行過程中出現(xiàn)松動而導(dǎo)致的電動汽車安全事故。目前常規(guī)的底蓋可以采用高強鋼沖壓拼接、鑄造鋁合金、擠壓鋁合金焊接以及碳纖維材料等進行設(shè)計。加強橫梁用于支撐電池罩蓋和維持電池包底蓋的剛強度性能，減小電池箱在碰撞過程中的變形。上箱體下箱體加強橫梁加強筋電池箱體機械碰撞防護2.電池箱體結(jié)構(gòu)及作用通過高強度材料制作電池箱、設(shè)計高強度結(jié)構(gòu)和增加箱體厚度等方式能有效提高電池箱的力學(xué)強度，但可能會導(dǎo)致箱體質(zhì)量較大。通過對電池箱進行優(yōu)化設(shè)計，可以在一定程度上提高電池箱的耐撞性，并降低電池箱的質(zhì)量。對于電池箱的優(yōu)化主要包括尺寸優(yōu)化、形貌優(yōu)化以及拓撲優(yōu)化。電池箱體機械碰撞防護3.電池箱體優(yōu)化方法電池箱實物上箱體形貌優(yōu)化加強橫梁拓撲優(yōu)化電池箱結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化設(shè)計變量迭代曲線圖電池箱體機械碰撞防護4.電池箱體優(yōu)化實例從云圖可以看出，電池組的在碰撞過程中的最大應(yīng)力主要出現(xiàn)在與結(jié)構(gòu)接觸的邊緣，其大小不足100Mpa，遠低于金屬材料的屈服強度。并且由于優(yōu)化后的電池包整體質(zhì)量減輕，使得電動汽車在發(fā)生碰撞時內(nèi)部電池組應(yīng)力有所降低。電動汽車側(cè)面碰撞仿真模型優(yōu)化前優(yōu)化后電池箱體機械碰撞防護4.電池箱體優(yōu)化實例除了對于電池箱整體結(jié)構(gòu)與材料等進行優(yōu)化設(shè)計，也可以根據(jù)電池包的擺放位置，分析主要的受力面，對電池箱局部進行加強。目前的新能源汽車的電池包主要有前艙、底板以及行李艙三種安裝位置。不同的電池布置形式對于整車和電池包的碰撞性能存在較大影響。前艙安裝底部安裝行李艙安裝電池箱體機械碰撞防護5.電池箱體的局部防護電池包在整車中的常見安裝位置底部安裝是目前主流的安裝方式，尤其對小型汽車而言。將動力電池布置在汽車底部，能夠降低汽車重心、改善整車的碰撞性能，且將電池包安裝在汽車底部，其與整個車身結(jié)構(gòu)相連，在多種碰撞工況下，車身結(jié)構(gòu)能夠很好地保護電池包。但是將電池包安裝在汽車底部，電池包的底面是整個電池包最脆弱的地方，路面的碎石可能擊穿底部的鋼板，造成電池的損壞，甚至其它安全事故。底部布置后部布置兩種不同布置形式下的碰撞仿真電池箱體機械碰撞防護5.電池箱體的局部防護底部安裝的優(yōu)缺點第一道防護第二道防護第三道防護為了確保電池在底部碰撞中的安全，通常會在電池箱底部采取一定的防護措施。如：增加地面鋼板的厚度；將兩種具有不同屬性的板堆疊以提高強度；采用高強度材料制造底板；通過噴涂、熱處理等工藝提高底部板材的強度裝備防撞結(jié)構(gòu)等。特斯拉ModelS底部防撞結(jié)構(gòu)特斯拉ModelS采用三塊鈦合金防護板來阻止底部沖擊對于電池組的危害，三塊護板沿縱向布置如圖所示。第一塊護板形狀近似一個半圓形的中空鋁條，當(dāng)汽車行駛過程中遭遇路面碎屑或石塊時，半圓形護甲會使物體偏置轉(zhuǎn)向，偏置護甲也可以使其轉(zhuǎn)向至離動力電池組較遠的地方。吉利銀河H6車型采用底部防撞梁和涂層材料的防護方法，其在1.5mm厚1180DP鋼板上涂覆了一層1mm厚的PVC涂層，使其抗拉強度達到了普通鋼板的2倍以上。應(yīng)用實例電池箱體機械碰撞防護5.電池箱體的局部防護常用的電池箱底部防護措施通過吸收外部沖擊能量來減小觸底沖擊對內(nèi)部電池的損傷，也是箱體碰撞防護中一個重要方式。如通過輕質(zhì)吸能結(jié)構(gòu)來制造箱體，除能對電池進行保護外，還能在一定程度上減輕電池箱體的質(zhì)量。上底板下底板波紋板BRAS板1波紋夾芯結(jié)構(gòu)BRAS夾芯結(jié)構(gòu)清華大學(xué)周青教授團隊研制了用于電池箱底部防護的波紋型填充三明治結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)能夠有效減少電池箱的變形，增強電池包在碰撞中的安全性，并與BARS夾芯結(jié)構(gòu)進行了對比。電池箱體機械碰撞防護5.電池箱體的局部防護采用輕質(zhì)吸能結(jié)構(gòu)制造電池箱體電解液的作用電解液是組成動力電池的核心之一，動力電池在工作時通過向正負電極不斷傳送陰陽離子，使得電解液內(nèi)部產(chǎn)生電流，與外部的電極一起構(gòu)成完整電路。電解液的類型根據(jù)電解質(zhì)的形態(tài)可以將電解質(zhì)分為液體電解質(zhì)、固體電解質(zhì)和固液混合電解質(zhì)三種。其中液體電解質(zhì)技術(shù)較為成熟，是目前市面上大部分動力鋰電池所采用的電解質(zhì)類型。電解液泄露碰撞防護1.電解液的作用及類型現(xiàn)有鋰離子動力電池，大都以鋰鹽作為電解質(zhì)材料，包括四氟硼酸鋰、六氟硼酸鋰、六氟砷酸鋰等，其中六氟硼酸鋰是目前應(yīng)用最廣的鋰鹽。有機液體電解液，主要由有機溶劑、電解質(zhì)和添加劑三部分組成，具有化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定性好、凝固點低、沸點高等特點。電解液組成及常用類型目前，常用有機溶劑包含：碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯等有機碳酸類物質(zhì)。碳酸乙烯酯晶體(室溫)六氟硼酸鋰添加劑用于針對性地提高電池的某些性能，如穩(wěn)定性、阻燃性等。電解液泄露碰撞防護2.有機液體電解液的組成123電解液具有腐蝕性，泄露后可能對車身結(jié)構(gòu)以及電纜、電氣接口等電子元件造成腐蝕損害，影響車輛安全性。對設(shè)備的腐蝕損害目前使用的鋰鹽電解質(zhì)存在毒性，泄露后會對環(huán)境造成污染，人體接觸后可能會出現(xiàn)中毒，對人體和環(huán)境造成危害。此外，以LiBF6為例，高溫下分解還會產(chǎn)生有毒的PF5氣體。污染環(huán)境、中毒有機液體電解液泄露后，若遇明火或高溫環(huán)境，可能引發(fā)火災(zāi)或爆炸事故，對人員和財產(chǎn)造成重大損失。引發(fā)火災(zāi)或爆炸的風(fēng)險毒性！易燃！腐蝕性！有機液體電解液在發(fā)生碰撞后，由于電芯外殼破損、內(nèi)芯受到擠壓等原因易出現(xiàn)電解液泄露，存在著一定的安全隱患。電解液泄露碰撞防護3.有機液體電解液的缺點提高電池外殼力學(xué)強度01通過改進電池外殼的結(jié)構(gòu)或采用力學(xué)性能更好的材料制作電池外殼，提前其力學(xué)強度，降低電池英發(fā)生過大變形而導(dǎo)致電解液泄露的風(fēng)險。研發(fā)綠色、安全新型鋰鹽02研發(fā)具有綠色、安全、無毒、優(yōu)異熱穩(wěn)定性的新型鋰鹽作為鋰離子電池的溶質(zhì)，降低電解液泄露后的危害。選擇性能更好的溶劑03選擇不易揮發(fā)、耐高溫、熱穩(wěn)定性好的溶劑，以降低碰撞中電解液泄漏的風(fēng)險。固體溶質(zhì)相對于液體溶質(zhì)具有更小的泄露風(fēng)險和更高的碰撞安全性電解液泄露碰撞防護4.電解液泄露的防護措施實事求是敢為人先電動汽車整車被動安全二電動汽車整車碰撞安全1.電動汽車的發(fā)展

電動汽車的普及隨著環(huán)保意識的提高和技術(shù)的進步，電動汽車在全球范圍內(nèi)的使用越來越廣泛。電動汽車市場的增長政府政策支持和技術(shù)創(chuàng)新共同推動了電動汽車市場的快速發(fā)展。電動汽車產(chǎn)業(yè)鏈的完善電動汽車產(chǎn)業(yè)鏈逐漸形成，包括電池、電機、電控等關(guān)鍵技術(shù)的突破。電動汽車整車碰撞安全2.電動汽車碰撞安全的重要性保護乘客和行人安全：在碰撞中保護乘客和行人的生命安全，降低受傷甚至死亡的風(fēng)險提高車輛性能：通過優(yōu)化設(shè)計提高車輛的抗撞性能，降低事故后車輛的維修成本符合法規(guī)要求：滿足相關(guān)法規(guī)和標(biāo)準，確保車輛的安全性能電動汽車整車碰撞安全3.碰撞事故中的人體損傷機理碰撞事故中乘員受傷的主要原因：1）“一次碰撞”向乘員傳遞的加速度超出了人體耐受極限，損傷人體器官2）乘員在碰撞時受到外部剛硬物體侵入乘員艙內(nèi)部的擠壓而發(fā)生傷亡3）乘員受到單次或多次“二次碰撞”傷害4）乘員在碰撞中因乘員艙變形過大導(dǎo)致乘員生存空間不足而發(fā)生傷亡事故電動汽車整車碰撞安全由于電動機的緊湊結(jié)構(gòu)，碰撞時可能對乘客艙造成更大壓力。動力系統(tǒng)影響電池組在碰撞時可能發(fā)生泄漏、短路或熱失控，需要特殊防護措施。電池組安全針對電動汽車的特點，需要重新設(shè)計車身結(jié)構(gòu)以增強碰撞安全性。車身結(jié)構(gòu)要求4.電動汽車碰撞安全設(shè)計的特殊性電動汽車整車碰撞安全5.電動汽車在碰撞中可能對人體造成的額外傷害在碰撞發(fā)生時，由于慣性作用蓄電池組可能沖入乘員艙，對乘員造成機械沖擊傷害。機械沖擊傷害動力蓄電池和電力系統(tǒng)負載可能因為碰撞而導(dǎo)致遮欄/外殼甚至絕緣保護層等破裂電擊傷害動力蓄電池中含有腐蝕性的電解液，在碰撞過程中有可能泄漏、飛濺至乘員艙電化學(xué)腐蝕電動汽車整車碰撞安全6.碰撞安全性設(shè)計要求汽車可以被劃分為乘員安全區(qū)（1區(qū)）和緩沖吸能區(qū)（2區(qū)）兩大類區(qū)域在設(shè)計上，為了保證乘員艙內(nèi)人員不因結(jié)構(gòu)侵入而受到傷害，必須要使1區(qū)變形較小，減少結(jié)構(gòu)的侵入；2區(qū)結(jié)構(gòu)能夠發(fā)生合理變形，通過塑性變形或結(jié)構(gòu)失效來吸收碰撞能量電動汽車整車碰撞安全7.碰撞安全性研究方法實車碰撞試驗法實車碰撞試驗法，主要分為實車碰撞試驗、臺架沖擊試驗、臺車碰撞模擬試驗和靜態(tài)強度試驗四大類。實車碰撞試驗法是將整車按照相應(yīng)法規(guī)或規(guī)則的要求進行碰撞試驗，其中包括固定壁障碰撞、移動壁障碰撞及車對車碰撞等試驗。電動汽車整車碰撞安全7.碰撞安全性研究方法計算機仿真模擬法仿真模擬法方法在汽車被動安全領(lǐng)域主要分為如下兩種：多剛體動力學(xué)方法和有限元仿真方法，其中有限元仿真方法在整車碰撞分析中應(yīng)用較多，而多剛度動力學(xué)方法在乘員約束系統(tǒng)計算分析中應(yīng)用較多。電動汽車碰撞法規(guī)、測試與評估1.正面碰撞安全法規(guī)國際標(biāo)準美國的FMVSS208和歐洲ECER94等，這些標(biāo)準對正面碰撞安全性能提出了要求GB11551-2014《汽車正面碰撞的乘員保護》對正面碰撞安全性能提出了要求國內(nèi)標(biāo)準C-NCAP（新車評價規(guī)程）正面100%重疊剛性壁障試驗正面50%重疊移動漸進變形壁障（MPDB）試驗電動汽車碰撞法規(guī)、測試與評估2.側(cè)面碰撞安全法規(guī)國際標(biāo)準美國的FMVSS218和歐洲ECER95等，這些標(biāo)準對側(cè)面碰撞安全性能提出了要求GB20071-2006《汽車側(cè)面碰撞的乘員保護》和GB/T37337-2019《汽車側(cè)面柱碰撞的乘員保護》對側(cè)面碰撞安全性能提出了要求國內(nèi)標(biāo)準電動汽車碰撞法規(guī)、測試與評估C-NCAP（新車評價規(guī)程）側(cè)面柱撞試驗電動汽車碰撞法規(guī)、測試與評估3.尾部碰撞安全法規(guī)國際標(biāo)準美國的FMVSS301和歐洲ECER34等，這些標(biāo)準對電動汽車的尾部碰撞安全性能提出了要求GB20072-2006《乘用車后碰撞燃油系統(tǒng)安全要求》對汽車尾部碰撞安全性能提出了要求國內(nèi)標(biāo)準電動汽車碰撞法規(guī)、測試與評估4.行人保護安全法規(guī)國際標(biāo)準美國的GTR和歐洲EEVC等，這些標(biāo)準對行人保護性能提出了要求GB/T24550-2009《汽車對行人的碰撞保護》對行人保護性能提出了要求國內(nèi)標(biāo)準電動汽車碰撞法規(guī)、測試與評估5.評價指標(biāo)與分析乘員保護評估碰撞過程中乘員的傷害程度，主要通過假人身上的傳感器收集數(shù)據(jù)，分析頭部、胸部、腹部等部位的加速度、速度等指標(biāo)。電池包安全評估電池包在碰撞過程中的安全性，包括電池包的位移、擠壓、燃燒等情況。結(jié)構(gòu)完整性評估車身結(jié)構(gòu)在碰撞后的完整性，以及關(guān)鍵部位如門框、A柱、B柱等的變形、加速度情況。結(jié)果分析根據(jù)測試數(shù)據(jù)，對電動汽車的碰撞安全性能進行綜合評價，提出改進建議，為電動汽車的安全設(shè)計提供依據(jù)。電動汽車碰撞法規(guī)、測試與評估電動汽車碰撞安全設(shè)計1.正面碰撞安全性設(shè)計正面碰撞過程中的傳力路徑正面碰撞過程中的整車吸能分析正面碰撞安全性設(shè)計要點車輛前端結(jié)構(gòu)需要進行合理的設(shè)計，使其正面碰撞傳力路徑完整并且能夠引導(dǎo)相應(yīng)結(jié)構(gòu)件充分變形吸能。2.汽車正面碰撞結(jié)構(gòu)變形控制要求最大變形量控制合理的變形次序不僅能夠使結(jié)構(gòu)有效發(fā)揮變形吸能作用，同時也能夠在一定程度上引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定變形模式。汽車耐撞結(jié)構(gòu)在連接失效的情況下，會導(dǎo)致碰撞能量耗散不足，大部分剩余動能輸入到剛性較大的乘員艙上，因此，結(jié)構(gòu)的有效性對碰撞安全性有決定作用。正面碰撞過程中車體結(jié)構(gòu)侵入乘員空間造成的接觸傷害是乘員損傷的主要成因之一，因此需要控制最大變形量，將碰撞變形限制在一定區(qū)域內(nèi)，實際車輛結(jié)構(gòu)設(shè)計中，控制最大變形量的方法是設(shè)計變形截止結(jié)構(gòu)。不同變形模式能量吸收能力有很大差異，所以應(yīng)針對多種碰撞條件設(shè)計，使得吸能結(jié)構(gòu)在碰撞中發(fā)生穩(wěn)定的變形，充分發(fā)揮變形吸能作用。控制結(jié)構(gòu)變形模式結(jié)構(gòu)變形次序的控制保證結(jié)構(gòu)有效性電動汽車碰撞安全設(shè)計3.電動汽車正面碰撞安全性設(shè)計的特殊性電池變形情況分析由于電池包在受擠壓力過大或者擠壓變形量過大的情況下可能產(chǎn)生起火、爆炸現(xiàn)象，因此需要將動力電池擠壓方向上的變形量納入分析當(dāng)中。由于電池包加速度值過大有可能會使電池包內(nèi)部發(fā)生短路甚至著火爆炸等現(xiàn)象，因此需要將電池包的加速度最大值納入分析當(dāng)中。載荷傳遞路徑由于電動汽車采用柔性的高壓線傳遞電能，其空間布置有一定的靈活性，可以通過更好地布置力學(xué)傳遞路徑，使整個車身結(jié)構(gòu)參與到碰撞吸能中，有利于碰撞能量的迅速吸收和發(fā)散。電池包加速度情況分析電動汽車碰撞安全設(shè)計4.側(cè)面碰撞安全性設(shè)計側(cè)面碰撞過程中的傳力路徑側(cè)面碰撞過程中的整車變形分析側(cè)面碰撞安全性設(shè)計要點側(cè)面碰撞安全性設(shè)計過程中需要針對B柱和車門結(jié)構(gòu)進行改進，避免出現(xiàn)侵入速度過大、侵入量過大等情況。電動汽車碰撞安全設(shè)計4.側(cè)面碰撞安全性設(shè)計最大變形量控制正面碰撞過程中車體結(jié)構(gòu)侵入乘員空間造成的接觸傷害是乘員損傷的主要成因之一，因此需要控制最大變形量，將碰撞變形限制在一定區(qū)域內(nèi)，實際車輛結(jié)構(gòu)設(shè)計中，控制最大變形量的方法是設(shè)計變形截止結(jié)構(gòu)?？刂平Y(jié)構(gòu)變形模式車門中部和中下部在側(cè)面碰撞過程中侵入量很大，會嚴重影響乘員的救生效率，因此可以通過增加車門防撞梁來減少車門結(jié)構(gòu)在碰撞中的結(jié)構(gòu)變形。B柱結(jié)構(gòu)是側(cè)面碰撞的主要吸能和受力部件，需要對B柱結(jié)構(gòu)進行合理設(shè)計，選擇正確的材料，使B柱變形和吸能特性得到提升，進而提升側(cè)面碰撞安全性能。B柱結(jié)構(gòu)設(shè)計車門結(jié)構(gòu)設(shè)計側(cè)面碰撞發(fā)生時，門檻梁部位因為其剛度較弱會產(chǎn)生很大的侵入變形，在設(shè)計的時候可以將B柱下端延伸到門檻梁上；也可以在門檻梁里增加支撐板或者改變其材料、厚度，都可使車身側(cè)面結(jié)構(gòu)的侵入量降低。門檻梁設(shè)計電動汽車碰撞安全設(shè)計5.電動汽車側(cè)面碰撞安全性設(shè)計的特殊性B柱最大變形量安裝電池包后，B柱下部變形減小，但上部變形增大。安裝電池包后，B柱下部傳力增大，車頂橫梁傳力減小。這說明安裝電池包后車體下部剛度增大，而上部剛度相對降低，會增加乘員頭、胸部傷害風(fēng)險。地板結(jié)構(gòu)變形由于電動汽車的動力電池包大多布置在車身地板下方，地板結(jié)構(gòu)強度較高，這導(dǎo)致側(cè)面碰撞過程中門檻梁的變形就會相對較小。電動汽車在側(cè)面碰撞過程中前后門的侵入量有所增加，且座椅后安裝點處的地板變形較嚴重。結(jié)構(gòu)截面力電動汽車碰撞安全設(shè)計6.行人保護系統(tǒng)設(shè)計改變保險杠的材料：通過采用剛度相對較低的復(fù)合材料或高分子材料，可以有效降低腿部的損傷程度。設(shè)置吸能塊：車身保險杠必須有足夠的變形空間來限制碰撞時脛骨加速度的峰值，通過改變吸能塊的結(jié)構(gòu)，能夠增加有效吸能空間和降低腿部所受到的傷害。增大接觸面積：增大腿部與保險杠的碰撞接觸面積，可以降低小腿的應(yīng)力、膝關(guān)節(jié)的側(cè)向彎曲和小腿的彎曲，從而可以有效降低腿部損傷。改變保險杠的位置：適當(dāng)增加保險杠與發(fā)動機罩前的距離、適當(dāng)降低保險杠的離地高度都將對行人腿部有較好的保護效果。下肢碰撞保護系統(tǒng)設(shè)計電動汽車碰撞安全設(shè)計6.行人保護系統(tǒng)設(shè)計增加碰撞壓縮距離：頭部重傷往往是由于撞到前艙下的硬物造成的，因此增大碰撞壓縮距離可以有效降低頭部損傷和吸收頭部碰撞動能。調(diào)整前艙剛度：降低發(fā)動機罩的剛度可以降低行人頭部與發(fā)動機罩的撞擊力，可設(shè)計三明治式前艙來降低前艙剛度和增加碰撞深度，還可以通過減小前艙蓋外板的厚度，改變前艙內(nèi)、外板截面形式等來降低前艙的剛度。調(diào)整前艙蓋鉸鏈設(shè)計：一種有效的方法是將鉸接點布置在碰撞區(qū)域外，或?qū)⑵湓O(shè)計成可壓塌的機構(gòu)。采用車外安全保護氣囊：前風(fēng)窗玻璃和A柱式頭部碰撞的危險區(qū)域，采用前風(fēng)窗玻璃氣囊可使行人頭部不與前風(fēng)窗玻璃或A柱接觸，從而減小頭部撞擊HPC值。頭部碰撞保護系統(tǒng)設(shè)計電動汽車碰撞安全設(shè)計未來電動汽車碰撞安全的發(fā)展趨勢與挑戰(zhàn)電池安全技術(shù)研發(fā)更先進的電池管理系統(tǒng)，提高電池?zé)峁芾砗桶踩?，降低電池起火風(fēng)險。車身結(jié)構(gòu)優(yōu)化利用新材料和結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)，提高電動汽車車身抗撞能力和乘員保護效果。安全輔助系統(tǒng)升級改進碰撞預(yù)警和自動緊急制動系統(tǒng)，提高車輛主動安全性能。1.技術(shù)創(chuàng)新與新材料的應(yīng)用2.政策法規(guī)與標(biāo)準制定制定更嚴格的電動汽車碰撞安全法規(guī)針對電動汽車的特點，制定更具體、更嚴格的碰撞安全標(biāo)準和測試方法。強化監(jiān)管力度加強對電動汽車生產(chǎn)企業(yè)的監(jiān)管，確保車輛安全性能達標(biāo)。建立國際合作機制推動國際間電動汽車碰撞安全標(biāo)準的統(tǒng)一，促進技術(shù)交流與合作。未來電動汽車碰撞安全的發(fā)展趨勢與挑戰(zhàn)3.提高公眾對電動汽車碰撞安全的認知與意識通過媒體、網(wǎng)絡(luò)等渠道，普及電動汽車碰撞安全知識，提高公眾安全意識。開展宣傳教育活動對電動汽車用戶進行安全駕駛培訓(xùn)，指導(dǎo)用戶正確使用和維護車輛，避免發(fā)生碰撞事故。培訓(xùn)與指導(dǎo)鼓勵用戶在發(fā)生事故后及時報告，為電動汽車碰撞安全研究提供實踐案例和數(shù)據(jù)支持。建立信息反饋機制未來電動汽車碰撞安全的發(fā)展趨勢與挑戰(zhàn)實事求是敢為人先智能約束系統(tǒng)安全性三智能安全帶系統(tǒng)近年來，在傳統(tǒng)三點式安全帶的基礎(chǔ)上出現(xiàn)了各種新型安全帶，如復(fù)合敏感鎖止式安全帶、限力式安全帶、預(yù)緊限力式安全帶、氣囊式安全帶和主動預(yù)緊式安全帶等。英國工程師GeorgeCayley1.概述安全帶的起源和發(fā)展安全帶按固定方式分類，大致可分為兩點式、肩帶式、三點式和四點式。兩點式肩帶式三點式四點式1.概述安全帶類別智能安全帶系統(tǒng)安全帶按功能分類大致可分為普通式、限力式、預(yù)緊式、預(yù)緊限力式和預(yù)卷式預(yù)緊限力式。1）普通式鎖止式安全帶：安全帶拉到一定長度時，其卷收器就會被卡爪卡住，安全帶就不會再拉長，只有安全帶回收和卷收器回卷的時候卡爪才會松開。2）限力式安全帶：在普通式安全帶的基礎(chǔ)上，限力式安全帶在卷收器中增加了限力桿，它將作用在安全帶上的力限制在設(shè)定的某一定范圍內(nèi)。3）預(yù)緊式安全帶：在碰撞時可以感知一定的沖擊，是通過氣體發(fā)生劑等產(chǎn)生動作，瞬間拉近安全帶的裝置。4）預(yù)緊限力式安全：相對限力式，增加了預(yù)緊裝置。5）預(yù)卷式預(yù)緊限力式安全帶：也被稱為主動預(yù)緊式安全帶、可逆預(yù)緊式安全帶或電機安全帶。這種安全帶在預(yù)緊限力式的基礎(chǔ)上增加了預(yù)卷電機系統(tǒng)。智能安全帶系統(tǒng)1.概述安全帶類別復(fù)合敏感鎖止式安全帶主要由織帶、卷收器、帶扣、吊環(huán)、安裝固定點等組成。1）織帶用于約束乘員身體，可以拉出和自動回卷。2）帶扣是提供鎖舌插入及解鎖的部件。3）吊環(huán)是車內(nèi)布置的安全帶織帶變向?qū)蚣?）卷收器是實現(xiàn)安全帶功能的核心部件，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。其發(fā)展經(jīng)歷了無鎖式卷收器、自鎖式卷收器、緊急鎖止式卷收器、限力式卷收器及預(yù)緊限力式卷收器等幾次革新。5）安裝固定點是用來固定安全帶的結(jié)構(gòu)或部件。1-織帶2-帶扣3-吊環(huán)4-卷收器5-安裝固定點2.基本組成與原理復(fù)合敏感鎖止式安全帶的組成智能安全帶系統(tǒng)1-骨骼支架2-卷簧回卷端3-織帶卷軸4-卷收器鎖止端1-卷簧端蓋2-左棘爪3-卷軸4-棘爪連桿5-慣性擺塊6-緩沖簧7-軸套8-鎖止擺輪9-右棘爪10-慣性壓簧11-鎖止端蓋12-敏感鋼球13-車感座臂組件14-車感底座15-支架16-卷簧蓋17-芯頭18-卷簧卷收器整體結(jié)構(gòu)卷收器爆炸圖2.基本組成與原理復(fù)合敏感鎖止式安全帶卷收器的工作原理智能安全帶系統(tǒng)1）卷收器的拉出、回卷原理織帶的拉出、回卷是由盤簧側(cè)來實現(xiàn)的。當(dāng)織帶拉出時：卷軸3順時針轉(zhuǎn)動芯軸5順時針轉(zhuǎn)動盤簧4由a端8開始順時針拉卷織帶停止拉出當(dāng)織帶釋放時：盤簧4自動逆時針回卷帶動芯頭卷軸逆時針轉(zhuǎn)動織帶回卷1-支架2-盤簧壓蓋3-卷軸4-盤簧5-芯軸6-卷簧端蓋7-脹銷8-盤簧a端9-盤簧b端拉出、回卷原理2.基本組成與原理復(fù)合敏感鎖止式安全帶卷收器的工作原理智能安全帶系統(tǒng)卷收器的拉出、回卷原理2.基本組成與原理復(fù)合敏感鎖止式安全帶卷收器的工作原理智能安全帶系統(tǒng)鎖止方式有三種：織帶拉出加速敏感鎖止、車身傾斜鎖止、減速敏感鎖止。2）卷收器的鎖止原理1-圓柱端部2-凹槽a

3-鎖止端蓋內(nèi)圈凸起4-擺塊左端部5-擺輪凸起6-圓柱凸起a7-卷軸套8-鎖止端蓋9-慣性擺塊10-慣性壓簧11-凹槽b12-圓柱凸起b13-傾斜鎖止組件14-卷軸a處15-右棘爪16-棘爪連桿17-支架18-卷軸19-卷軸端部中心20-鎖止擺輪21-鎖止擺輪撐簧a)整體鎖止結(jié)構(gòu)b)鎖止擺輪內(nèi)側(cè)細節(jié)結(jié)構(gòu)復(fù)合敏感鎖止式安全帶鎖止原理2.基本組成與原理復(fù)合敏感鎖止式安全帶卷收器的工作原理智能安全帶系統(tǒng)當(dāng)織帶加速度＞0.8g時，卷軸18、鎖止擺輪20等逆時針轉(zhuǎn)動；慣性擺塊9由于足夠的慣性作用克服彈簧10的力繞擺輪6處的軸相對于擺輪順時針轉(zhuǎn)動；當(dāng)?shù)竭_一定的相對角度（5°~8°)時，即擺塊左端抬起一定的高度后，擺塊左端部被鎖止端蓋的內(nèi)圈凸起3(8個凸起中一個）擋住；鎖止擺輪在逆時針轉(zhuǎn)動一定角度后，慣性擺塊左端被鎖止擺輪上的凸起4阻擋，使得慣性擺塊和鎖止擺輪的運動都被阻止了，相對于支架17和鎖止端蓋8靜止。這時卷軸繼續(xù)逆時針轉(zhuǎn)動，彈簧21被壓縮緩沖，同時，右棘爪15的圓柱凸起12和棘爪連桿16的圓柱端部1分別被與他們接觸的鎖止擺輪20的凹槽2和11的邊緣型線驅(qū)動，使得右棘爪繞卷軸14處的軸順時針相對轉(zhuǎn)動伸出，與支架17的前側(cè)齒圈嚙合鎖??；棘爪連桿也同時繞卷軸14處的軸順時針轉(zhuǎn)動，使得另一側(cè)的左棘爪順時針伸出，與另一側(cè)的支架齒圈嚙合；卷軸被鎖死，織帶不再拉出，鎖止完畢?？棊Ю黾铀倜舾墟i止過程：2.基本組成與原理復(fù)合敏感鎖止式安全帶卷收器的工作原理智能安全帶系統(tǒng)車身傾斜及減速敏感鎖止機構(gòu)原理a)完整組件結(jié)構(gòu)b)組件結(jié)構(gòu)剖面

1-車感臂2-車感底座3-鉸接軸4-車感座5-鋼球6-圓錐斜槽7-車感臂頂端8-車感座側(cè)板1）當(dāng)汽車車身傾斜時，鋼球由于重力作用沿車感座4的圓錐斜槽6滾動，車感臂1抬起。2）當(dāng)車感臂抬起一定角度的時候，車感臂頂端7會頂住鎖止擺輪20周圍均布的棘齒，使得鎖止擺輪停止運動。3）之后系列動作與織帶加速敏感鎖止原理敘述中所述的鎖止擺輪的運動被阻止后的動作完全一致。1）當(dāng)車身加速或者急減速時，鋼球由于慣性作用，相對于車感座沿圓錐斜槽6運動，使得車感臂抬起。2）當(dāng)車身加速度或減速度達到一定的值時（一般在0.3g~0.45g)，車感臂抬起到位，起到和傾斜鎖止同樣的作用。車身傾斜鎖止過程：減速敏感鎖止過程：2.基本組成與原理復(fù)合敏感鎖止式安全帶卷收器的工作原理智能安全帶系統(tǒng)卷收器的鎖止原理2.基本組成與原理復(fù)合敏感鎖止式安全帶卷收器的工作原理智能安全帶系統(tǒng)預(yù)緊限力式安全帶：在復(fù)合敏感式安全帶基礎(chǔ)上，整合添加了織帶預(yù)拉緊功能以及織帶拉力限制功能?？棊ьA(yù)拉緊功能實現(xiàn)途徑：卷收器預(yù)緊、鎖扣預(yù)緊器織帶拉力限制功能實現(xiàn)途徑：織帶拉力限制器-限力桿預(yù)緊限力式安全帶總成實物鋼球式預(yù)緊卷收器實物圖預(yù)緊式鎖扣實物圖齒輪齒條式預(yù)緊卷收器2.基本組成與原理預(yù)緊限力式安全帶的組成及工作原理智能安全帶系統(tǒng)當(dāng)汽車發(fā)生碰撞事故時，車身傳感器輸出碰撞信號，預(yù)緊器迅速工作，通過：預(yù)緊限力式安全帶的工作過程向胸部的力胸部位移胸部承受壓力小上體移動量小a)碰撞瞬間迅速卷緊b)安全帶勒力保持一定限度c)胸部力-位移圖普通安全帶預(yù)緊限力安全帶2.基本組成與原理預(yù)緊限力式安全帶的組成及工作原理卷收器端以及鎖扣端回拉織帶，控制乘員位移；而后織帶張力快速增加，張力達到一定閾值之后限力器開始發(fā)生塑性變形吸收能量，最終降低乘員胸部所受壓力。智能安全帶系統(tǒng)預(yù)緊限力式安全帶的工作過程2.基本組成與原理預(yù)緊限力式安全帶的組成及工作原理智能安全帶系統(tǒng)鋼球式預(yù)緊器利用鋼球以及設(shè)計有凹槽的預(yù)緊輪組成的傳動機構(gòu)，通過高壓氣體推動鋼球，鋼球移動的同時與預(yù)緊輪上的凹槽嵌合并推動預(yù)緊輪轉(zhuǎn)動，最終實現(xiàn)織帶回收。齒輪齒條式預(yù)緊器則采用齒輪齒條組成的傳動機構(gòu)，高壓氣體推動齒條設(shè)計有活塞的一端，齒條移動并與安裝在卷筒一端的齒輪嚙合，實現(xiàn)卷筒的回轉(zhuǎn)回收織帶。齒輪齒條式預(yù)緊卷收器鋼球式預(yù)緊卷收器1-氣體發(fā)生器2-預(yù)緊輪3-鋼球齒輪齒條式預(yù)緊卷收器1-氣體發(fā)生器2-齒條3-預(yù)緊齒輪1）卷收器預(yù)緊通過卷收器回轉(zhuǎn)卷筒實現(xiàn)織帶回收預(yù)緊，常見的有鋼球式預(yù)緊器和齒輪齒條式預(yù)緊器等;2.基本組成與原理預(yù)緊限力式安全帶的組成及工作原理鋼球式預(yù)緊器智能安全帶系統(tǒng)鋼球與預(yù)緊輪的傳動方案，其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜；齒輪齒條方案，由于齒條的活塞端受到高壓氣體的集中壓力較大，對該處的氣缸壁強度要求較高，設(shè)計不當(dāng)可能導(dǎo)致氣缸炸裂。兩種預(yù)緊卷收器優(yōu)缺點：2.基本組成與原理預(yù)緊限力式安全帶的組成及工作原理智能安全帶系統(tǒng)鎖扣與預(yù)緊器之間通過鋼纜連接，預(yù)緊器的動力來源為氣體發(fā)生器產(chǎn)生的高壓高速氣體，氣體沖擊圓筒內(nèi)的活塞，活塞在向右運動過程中，帶動鋼纜下拉鎖扣，實現(xiàn)織帶的預(yù)緊功能。圓筒6側(cè)面采用弧面設(shè)計，配置小鋼球，避免了織帶預(yù)緊成功后被復(fù)原的情況。2）鎖扣預(yù)緊器鎖扣預(yù)緊原理1-線纜2-氣體發(fā)生器3-織帶4-氣壓5-活塞6-圓筒2.基本組成與原理預(yù)緊限力式安全帶的組成及工作原理鎖扣預(yù)緊器通過回拉鎖扣實現(xiàn)織帶預(yù)緊的目的，其工作原理如圖所示。鎖扣預(yù)緊實物圖智能安全帶系統(tǒng)鎖扣預(yù)緊器工作過程2.基本組成與原理預(yù)緊限力式安全帶的組成及工作原理智能安全帶系統(tǒng)在卷筒內(nèi)部集成一根限力桿，當(dāng)織帶拉力達到一定閾值時，限力桿發(fā)生塑性扭轉(zhuǎn)變形，吸收織帶上的部分張力，以降低織帶拉力。3）織帶拉力限制器限力桿作用原理1-轉(zhuǎn)軸2-支架3-限力桿4-定軸盤

5-轉(zhuǎn)軸套6-棘爪7-轉(zhuǎn)軸右端凸起2.基本組成與原理預(yù)緊限力式安全帶的組成及工作原理目前主流的限力機構(gòu)是限力桿，如圖所示，智能安全帶系統(tǒng)織帶拉力限制器-未發(fā)生碰撞時：卷收器正常工作時：轉(zhuǎn)軸1與限力桿3和定軸盤4不發(fā)生相對轉(zhuǎn)動，它們一起同步運動，相當(dāng)于復(fù)合敏感鎖止式卷收器轉(zhuǎn)軸這一個零件。卷收器正常鎖止時：棘爪6伸出使定軸盤4相對于支架不發(fā)生轉(zhuǎn)動，又通過7處的鉚接限制轉(zhuǎn)軸的運動，從而使織帶無法拉出，這時的轉(zhuǎn)軸1、限力桿3和定軸盤4相當(dāng)于復(fù)合敏感鎖止式卷收器轉(zhuǎn)軸這個零件。發(fā)生碰撞時卷收器快速鎖止：定軸盤蓋相對于支架不發(fā)生轉(zhuǎn)動。但是由于織帶帶動轉(zhuǎn)軸1產(chǎn)生巨大的沖擊，使得7處的鉚接凸起被切斷，而后轉(zhuǎn)軸1與定軸盤4通過限力桿3的扭轉(zhuǎn)而相對扭轉(zhuǎn)。織帶拉力限制器-發(fā)生碰撞時：2.基本組成與原理預(yù)緊限力式安全帶的組成及工作原理智能安全帶系統(tǒng)預(yù)緊限力式卷收器工作過程（齒輪齒條式+織帶拉力限制器）2.基本組成與原理預(yù)緊限力式安全帶的組成及工作原理智能安全帶系統(tǒng)1）定義和組成主動預(yù)緊式安全帶也稱可逆預(yù)緊式安全帶或電機安全帶，主要由直流電機、傳動機構(gòu)、卷收器、電子控制單元組成。它能夠在碰撞事故發(fā)生之前進行安全帶卷收預(yù)緊，并能實現(xiàn)重復(fù)可逆預(yù)緊的安全帶。在主動預(yù)緊式安全帶基礎(chǔ)上，可以集成若干高級駕駛輔助系統(tǒng)，如正面碰撞預(yù)警系統(tǒng)、車道偏離警示系統(tǒng)和疲勞駕駛監(jiān)測系統(tǒng)，它也是未來主動預(yù)緊式安全帶最具代表性的一種，可以稱它為集成主動預(yù)緊式安全帶。均勝電動安全帶

正面碰撞預(yù)警系統(tǒng)

車道偏離警示系統(tǒng)疲勞駕駛監(jiān)測系統(tǒng)

電子控制單元傳動機構(gòu)預(yù)警解除碰撞預(yù)緊危險提醒通信模塊高級駕駛輔助系統(tǒng)主動預(yù)緊式安全帶功能集成主動預(yù)緊式安全帶的邏輯結(jié)構(gòu)2.基本組成與原理主動預(yù)緊式安全帶的組成及工作原理智能安全帶系統(tǒng)2）工作原理集成主動預(yù)緊式安全帶的電子控制單元包含有通信模塊、電機驅(qū)動和電流檢測模塊等。電子控制單元通過通信模塊總線接收高級駕駛輔助系統(tǒng)傳感器的信號，根據(jù)提供的危急信號的緊急程度來控制輸入電機的電壓和電流，控制直流電機執(zhí)行正反轉(zhuǎn);通過齒輪傳動機構(gòu)驅(qū)動安全帶卷收器，實現(xiàn)安全帶不同的預(yù)緊速度和預(yù)緊力;當(dāng)電機的輸入電流達到程序中設(shè)定的控制電流值時停止正轉(zhuǎn)進入鎖止?fàn)顟B(tài);當(dāng)高級駕駛輔助系統(tǒng)提供事故風(fēng)險解除信號時，電子控制單元控制電機執(zhí)行反轉(zhuǎn)，解除預(yù)緊鎖止功能。2.基本組成與原理主動預(yù)緊式安全帶的組成及工作原理集成主動預(yù)緊式安全帶可多次重復(fù)使用，實現(xiàn)預(yù)警提醒、主動預(yù)緊和解除預(yù)緊的功能，還能夠提前糾正乘員的非正常坐姿，實現(xiàn)“避撞與降損”的雙重目標(biāo)。優(yōu)點：智能安全帶系統(tǒng)分心駕駛已經(jīng)成為現(xiàn)今道路上對駕駛者和乘客最主要的威脅之一。研究發(fā)現(xiàn)，在超過80%的碰撞中，駕駛者在此前3秒都曾有過分心。自動緊急轉(zhuǎn)向能減少多種碰撞的可能性和嚴重程度，包括在高速駕駛中發(fā)生的輕微重疊碰撞，配備自動緊急轉(zhuǎn)向的車輛能大幅增強道路安全性。然而，乘員在自動緊急轉(zhuǎn)向過程中會產(chǎn)生不同方向的橫向離位，從而破壞了原有約束系統(tǒng)的保護效能。相較于傳統(tǒng)安全帶，配備主動預(yù)緊式安全帶后，乘員的橫向離位可以得到不同程度的改善那么，在主動預(yù)緊式安全帶介入后改善乘員的橫向離位基礎(chǔ)上，主動預(yù)緊式安全帶介入后對乘員的損傷有怎樣的改善？3.工程實踐先進駕駛輔助系統(tǒng)技術(shù)-自動緊急轉(zhuǎn)向（AES）智能安全帶系統(tǒng)利用PreScan、CarSim、MatLab/SimuLink三個軟件搭建主動安全部分的仿真測試平臺，被動安全方面利用PRIMER和MADYMO軟件搭建車輛追尾模型和駕駛員側(cè)約束系統(tǒng)。1）仿真測試場景的搭建場景假設(shè)：由于前方行人從道路旁的樹叢中突然竄出，白色卡車采取制動措施，后方雅力士（車速為80km/h）由于距離過近不得不采取自動緊急轉(zhuǎn)向操作，在轉(zhuǎn)向過程中與旁車道的SUV（車速為20km/h）發(fā)生追尾事故。3.工程實踐模型建立及工況智能安全帶系統(tǒng)2）追尾車輛有限元模型的建立選用2010款豐田雅力士整車碰撞有限元模型為研究車型3）被追尾車輛模型的建立被追尾車輛選擇某款SUV4）駕駛員側(cè)約束系統(tǒng)的建立安全帶限力安全帶預(yù)緊時間安全氣囊泄氣孔直徑安全氣囊點爆時間轉(zhuǎn)向管柱壓潰行程轉(zhuǎn)向管柱壓潰力3500N18ms30mm20ms80mm2200N對約束系統(tǒng)參數(shù)進行設(shè)置，在駕駛員側(cè)放置HybridIII男性第50百分位假人，根據(jù)正碰試驗報告調(diào)整合適的假人坐姿，最終建好駕駛員側(cè)約束系統(tǒng)。5）轉(zhuǎn)向強度轉(zhuǎn)向強度選為0.6g3.工程實踐模型建立及工況智能安全帶系統(tǒng)左傾離位狀態(tài)下主動預(yù)緊式安全帶的介入前后損傷對比右傾離位狀態(tài)下主動預(yù)緊式安全帶的介入前后損傷對比3.工程實踐主動預(yù)緊式安全帶的介入結(jié)果分析：智能安全帶系統(tǒng)以右傾離位為例，同時刻下假人與安全氣囊接觸情況對比，可以發(fā)現(xiàn)在主動預(yù)緊式安全帶介入后，假人與氣囊的接觸時間相對晚一些，這避免了氣囊在彈開階段與假人發(fā)生接觸產(chǎn)生更大的傷害。a)

ACR介入前b)ACR介入后3.工程實踐主動預(yù)緊式安全帶的介入結(jié)果分析：智能安全帶系統(tǒng)隨著汽車電子技術(shù)的迅速發(fā)展，安全帶將朝著多功能，集成化和智能化方向不斷發(fā)展。將安全帶系統(tǒng)與車載娛樂系統(tǒng)相連接，提供視頻、音樂等娛樂功能，提升駕駛體驗。安全帶織帶安裝微型麥克風(fēng)，使安全帶具備通訊功能；安全帶織帶變寬功能，改善乘員的保護性能；發(fā)光鎖扣，具備夜間提醒功能，還能具備氛圍感；安裝乘員健康監(jiān)測功能，如心率、呼吸傳感器，實時感知乘員的身體狀況。安全帶的無線充電功能，可給智能手機等設(shè)備充電。1）多功能2）集成化安全帶集成到座椅并集成一系列高級駕駛輔助系統(tǒng)，實現(xiàn)駕乘過程中的危急提醒、碰撞預(yù)緊、解除預(yù)緊等功能。4.發(fā)展趨勢智能安全帶系統(tǒng)通過集成更多的傳感器和算法，實現(xiàn)安全帶系統(tǒng)的智能化控制，例如自動調(diào)節(jié)安全帶松緊度、自動識別乘客體型等。集成主動安全技術(shù)的預(yù)緊式安全帶正成為安全帶未來發(fā)展的主流方向，其主要功能是智能化探測危險，主動預(yù)緊；自適應(yīng)限力式安全帶也是未來發(fā)展趨勢之一，通過傳感器識別判斷乘員的碰撞能量，根據(jù)碰撞能量的大小給予乘員最優(yōu)的限力值，從而達到最佳的乘員保護效果。3）智能化4.發(fā)展趨勢智能安全帶系統(tǒng)智能安全座椅系統(tǒng)靜態(tài)舒適性與座椅的幾何特性、調(diào)節(jié)特性、物理特性等有關(guān)。1）座椅幾何特性：座面寬度、高度、深度、傾角，靠背寬度、高度、傾角，頭枕寬度、高度、傾角等。舒適坐姿的關(guān)節(jié)角度10°<α1<20°，15°<α2<35，80°<α3<90°，90°<α4<115°，100°<α5<120°，85°<α6<95°。2）座椅調(diào)節(jié)特性：前后行程、座面高度、靠背傾角等。4）要有合理的體壓分布，座椅上人體的體壓分布直接關(guān)系人體乘坐的舒適性。5）座椅要有良好的橫向穩(wěn)定性和相協(xié)調(diào)的空間。O1—加速踏板點O2—踵點O3—膝點O4—胯點O5—肩點O6—肘點O7—腕點1.座椅舒適性和安全性概述汽車座椅的靜態(tài)舒適性動態(tài)舒適性和振動特性有著較大的聯(lián)系人體是一個復(fù)雜的振動系統(tǒng)，坐在座椅上的乘員所受的振動沖擊當(dāng)中，垂直方向的振動對人體脊柱和與之相關(guān)的神經(jīng)系統(tǒng)的危害最大。在座椅動態(tài)舒適性設(shè)計時，應(yīng)盡量避開人體敏感的振動區(qū)域。人體各主要部位的共振頻率1.座椅舒適性和安全性概述汽車座椅的動態(tài)舒適性智能安全座椅系統(tǒng)汽車座椅主動安全性，主要是指汽車座椅能夠幫助駕駛員有效預(yù)防事故發(fā)生的能力。汽車座椅主動安全性與汽車座椅設(shè)計的結(jié)構(gòu)樣式及空間布置有關(guān)，同時與座椅的靜態(tài)及動態(tài)舒適性有很大的聯(lián)系。

利用主動懸架系統(tǒng)，座椅可以主動減振，提高乘員駕乘舒適性；結(jié)合主動安全技術(shù)，座椅能夠提前感知碰撞，并采取避撞措施。當(dāng)碰撞不可避免時，主動調(diào)整座椅的位置和姿態(tài)，對車內(nèi)乘員進行有效保護，降低乘員損傷。汽車座椅主動安全技術(shù)：1.座椅舒適性和安全性概述汽車座椅的主動安全性智能安全座椅系統(tǒng)汽車座椅的被動安全性，主要是指汽車在發(fā)生無法避免的交通事故中和交通事故發(fā)生以后，座椅對車內(nèi)乘員的有效保護能力，及降低乘員受到損傷的能力。1）汽車正面碰撞時，當(dāng)座椅的自身強度不足或者與車身連接不夠緊固，座椅和車身發(fā)生錯位移動，安全帶和安全氣囊就不能起到應(yīng)有的保護作用，容易對成員造成損傷。2）汽車發(fā)生追尾事故時，由于座椅靠背向前的沖擊作用，乘員的胸部瞬間會產(chǎn)生向前的沖擊加速度，使身體向前運動，而頭頸部由于慣性作用和身體之間有一定速度差，致使頸椎各節(jié)間存在相對運動，頸部脊柱經(jīng)呈現(xiàn)“S”形，造成揮鞭樣損傷。3）汽車發(fā)生側(cè)面碰撞時，碰撞的能量主要靠座椅來吸收。因此，要加強座椅側(cè)面結(jié)構(gòu)的連接強度，避免座椅發(fā)生失效問題，同時研究安裝座椅側(cè)面氣囊對乘員的保護作用，提高座椅的被動安全性，保護乘員安全。1.座椅舒適性和安全性概述汽車座椅的被動安全性智能安全座椅系統(tǒng)傳統(tǒng)汽車座椅一般由頭枕、靠背、座墊、座椅骨架、座椅連接件和一些調(diào)節(jié)機構(gòu)等組成。1-滑軌2-坐墊3-靠背4-頭枕5-座椅骨架6-座椅連接件7-調(diào)角器靠背和座墊一般由發(fā)泡海綿外加座椅蒙皮組成座椅骨架支撐著整個座椅，是座椅的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，它包括頭枕骨架、靠背骨架和座墊骨架座椅的調(diào)節(jié)機構(gòu)包括調(diào)角器、升降機、滑軌等裝置2.基本組成及原理汽車座椅的組成結(jié)構(gòu)智能安全座椅系統(tǒng)智能輔助駕駛環(huán)境下，座椅往智能化方向發(fā)展。1）座椅合理設(shè)計和布置保證靜態(tài)舒適性的前提下，在傳統(tǒng)無懸架座椅的基礎(chǔ)上增加懸架系統(tǒng)以增強駕駛動態(tài)舒適性2）結(jié)合高級駕駛輔助系統(tǒng)，提出主動式座椅。主動安全技術(shù)實現(xiàn)智能感知技術(shù)，提前預(yù)判碰撞，主動調(diào)整座椅或座椅部件的位置和姿態(tài)，如主動旋轉(zhuǎn)座椅和主動式頭枕等。3）在傳統(tǒng)座椅上進行功能附加，如座椅帶有按摩、生理指標(biāo)監(jiān)測等功能。2.基本組成及原理汽車座椅的組成結(jié)構(gòu)智能安全座椅系統(tǒng)汽車座椅可分為無懸架座椅和懸架座椅從有無能源輸入的角度，座椅懸架又分為被動懸架、主動懸架以及半主動懸架；根據(jù)工作原理，主動懸架與半主動懸架可歸為智能懸架。1）被動懸架系統(tǒng)被動座椅懸架系統(tǒng)剛度系數(shù)與阻尼系數(shù)為恒定值，在不同工況路面進行行駛時無法對剛度以及阻尼進行調(diào)控以適應(yīng)不同的需求。常見的幾種被動座椅懸架結(jié)構(gòu)如圖所示。結(jié)構(gòu)1結(jié)構(gòu)2結(jié)構(gòu)3結(jié)構(gòu)42.基本組成及原理汽車座椅懸架系統(tǒng)智能安全座椅系統(tǒng)被動座椅懸架又可以分為線性座椅懸架和非線性座椅懸架。線性座椅懸架的彈性元件剛度為定值，固有頻率幾乎不變。線性座椅懸架對乘坐舒適性的提高非常有限。非線性座椅懸架具有更好的隔振性能，其中應(yīng)用較為廣泛的是空氣彈簧座椅懸架，其基本結(jié)構(gòu)如圖所示?？諝鈴椈捎芍鳉馐?、輔助氣室以及高度控制閥組成，利用可壓縮空氣實現(xiàn)變剛度特性。主氣室與輔助氣室之間通過節(jié)流孔連接，該節(jié)流孔同時起到阻尼的作用。通過調(diào)節(jié)輔助氣室的容積和節(jié)流孔的直徑能夠優(yōu)化座椅懸架的隔振性能。2.基本組成及原理汽車座椅懸架系統(tǒng)智能安全座椅系統(tǒng)SSTCounterRide?被動座椅懸架的運動和振動吸收能力2.基本組成及原理汽車座椅懸架系統(tǒng)智能安全座椅系統(tǒng)2）智能懸架系統(tǒng)控制器根據(jù)傳感器測得的座椅位移或加速度信號計算出所需的控制力，并由作動器完成控制力的輸出，從而實現(xiàn)振動的控制。主動座椅懸架理論上可以實現(xiàn)全頻帶隔振，并且駕駛員的重量不會影響控制的效果，是一種理想的隔振技術(shù)。主動座椅懸架根據(jù)控制系統(tǒng)的實現(xiàn)方式可分為電液式懸架、電動式懸架、氣動式懸架以及電氣動式懸架。a)不含彈簧、阻尼器b)作動器與彈簧并聯(lián)c)作動器與彈簧串聯(lián)主動座椅懸架結(jié)構(gòu)布置2.基本組成及原理汽車座椅懸架系統(tǒng)智能安全座椅系統(tǒng)在汽車追尾碰撞事故發(fā)生后迅速向上向前運動，從遠離頭部的舒適位置運動到靠近頭部的更為安全的位置，減小頭枕與乘員頭部的間隙，有效降低乘員頸部揮鞭損傷。根據(jù)機械系統(tǒng)方案分類：純機械式主動頭枕、電機驅(qū)動主動式頭枕、彈簧驅(qū)動主動式頭枕、電磁驅(qū)動式頭枕、潰縮式主動頭枕和活性物質(zhì)驅(qū)動主動式頭枕等。根據(jù)控制系統(tǒng)方案分類：雷達測距預(yù)判式主動頭枕、激光測距主動式頭枕、基于碰撞傳感器的碰撞響應(yīng)式頭枕和智能主動頭枕等。機械式頭枕裝置的觸發(fā)機構(gòu)多布置在靠背處，需要對座椅結(jié)構(gòu)做較大的改動，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不利于頭枕裝置的普及適用?；诶走_傳感器和激光測距控制的主動式頭枕裝置，主要問題是價格昂貴，無法適用于中低端車輛。2.基本組成及原理主動式頭枕傳統(tǒng)的座椅頭枕在由于要綜合考慮舒適性、安全性及側(cè)面視野等因素，在追尾碰撞中頸部防護效果不佳，而主動式安全頭枕兼顧安全性和舒適性，其工作過程如下：智能安全座椅系統(tǒng)主動式頭枕-碰撞響應(yīng)式工作流程如下：包括執(zhí)行器、傳感器和控制器碰撞傳感器檢測碰撞情況，距離傳感器獲取頭枕與頭部距離信息；控制器接收到碰撞信號后，進一步判斷檢測到的距離是否小于或等于預(yù)設(shè)距離；如果是，頭枕不需要啟動，如果否，啟動頭枕，主動頭枕運動一定時間到達一定位置后鎖止頭枕?？刂破骺梢钥刂祁^枕向頭部運動的速度，在即將接觸頭部的時候可鎖止頭枕。2.基本組成及原理主動式頭枕智能安全座椅系統(tǒng)豐田汽車-減少頸部扭傷的座椅和主動頭枕2.基本組成及原理主動式頭枕智能安全座椅系統(tǒng)座椅結(jié)合主動安全技術(shù)，感知碰撞的發(fā)生，并主動調(diào)整座椅的位置和姿態(tài)，降低發(fā)生碰撞后乘員的損傷。1）主動移動式座椅，利用智能紅外攝像頭結(jié)合智能處理器來感知碰撞的發(fā)生，收到指令后座椅底部的氣

壓壓縮器和氣壓發(fā)射管噴射出大量高壓氣體使其座椅向后或者向前移動使其遠離碰撞點，進而減小傷害。2）主動式旋轉(zhuǎn)座椅，碰撞前改變?nèi)梭w受力方向，提高碰撞安全性。座椅主動旋轉(zhuǎn)保護方式的整個保護過程為在碰撞前0.1~0.35s識別不可避免的碰撞狀態(tài)，并在200ms內(nèi)對座椅施加一個旋轉(zhuǎn)運動，將座椅旋轉(zhuǎn)到使得乘員碰撞損傷最小的角度后，再使其承受碰撞沖擊。主動式座椅包含主動移動式座椅和主動式旋轉(zhuǎn)座椅附加功能座椅在傳統(tǒng)座椅基礎(chǔ)上集成如防側(cè)滑與下滑、加熱、通風(fēng)、空調(diào)、生理指標(biāo)監(jiān)控、按摩和記憶等功能的智能舒適座椅。2.基本組成及原理主動式座椅智能安全座椅系統(tǒng)相較于傳統(tǒng)座椅，汽車配備主動式旋轉(zhuǎn)座椅后，碰撞發(fā)生后座椅主動旋轉(zhuǎn)保護過程乘員的損傷機理如何？主動式座椅作為未來智能輔助駕駛汽車特有的保護形式，不僅需要考慮其在碰撞過程中所起到的作用，還要考慮座椅主動保護過程本身對乘員是否會造成傷害。下面以座椅主動旋轉(zhuǎn)為例，探究座椅旋轉(zhuǎn)過程中對乘員頸部造成的傷害。3.工程實踐主動式旋轉(zhuǎn)座椅智能安全座椅系統(tǒng)1）乘員-傳統(tǒng)座椅-安全帶模型為了對比分析，這里建立兩種乘員-座椅-安全帶模型，分別是乘員-傳統(tǒng)座椅-安全帶模型、乘員-新型座椅-安全帶模型，并建立乘員頸椎有限元模型，最后在指定工況下進行模擬仿真。包括汽車傳統(tǒng)座椅模型、Hybrid_Ⅲ_50th乘員模型和安全帶模型。乘員只受一個三點式安全帶的限制，安全帶集成到座椅上，可隨座椅一起旋轉(zhuǎn)，安全帶卷收器的力限值設(shè)置為4kN，預(yù)緊力設(shè)置為2kN，座椅靠背角度和坐墊角度分別設(shè)置為24°和14.7°。座椅頭枕、靠背和坐墊材料設(shè)置為聚氨酯泡沫（緩沖吸能特性較好）。3.工程實踐模型建立及工況智能安全座椅系統(tǒng)2）乘員-新型座椅-安全帶模型在傳統(tǒng)座椅模型的基礎(chǔ)上添加腿部擋板和腳部支撐等約束裝置，其參數(shù)設(shè)置與乘員-傳統(tǒng)座椅-安全帶模型相同3）乘員頸椎有限元模型建立完整的乘員頸椎有限元模型；賦予頸椎骨骼特性的材料參數(shù)：密度為1.9g/cm3，彈性模量為10GPa，泊松比為0.29；各向同性，采用實體單元進行的仿真模擬。4）旋轉(zhuǎn)工況傳統(tǒng)座椅和新型座椅在200ms內(nèi)分別向順時針和逆時針旋轉(zhuǎn)90°。結(jié)合兩種座椅布置方式，座椅主動旋轉(zhuǎn)模擬過程共有四組仿真結(jié)果。3.工程實踐模型建立及工況智能安全座椅系統(tǒng)座椅主動旋轉(zhuǎn)中安全帶肩帶與乘員頸部接觸的四種情況對比在座椅旋轉(zhuǎn)90°的過程中，只有傳統(tǒng)座椅逆時針旋轉(zhuǎn)這種情況下，頸部與肩帶接觸，最終導(dǎo)致頸部的損傷；其他的情況并不一定就意味著絕對的安全，將座椅旋轉(zhuǎn)角度改為180°，那么在這個角度下旋轉(zhuǎn)的角速度、角加速度都會相應(yīng)增大，此時乘員頸部的損傷嚴重程度也會相應(yīng)的增大。3.工程實踐旋轉(zhuǎn)座椅對乘員頸部的損傷機理結(jié)果分析：智能安全座椅系統(tǒng)通過仿真分析，可知座椅的旋轉(zhuǎn)對乘員頸部的損傷機理：頸部損傷情況是乘員慣性與座椅旋轉(zhuǎn)速度兩者之間的博弈，乘員的慣性受身材體重和座椅約束的影響，座椅的旋轉(zhuǎn)速度受旋轉(zhuǎn)角度和旋轉(zhuǎn)時間的影響。1）頸部與肩帶為相背運動時，沒有接觸力，但如果旋轉(zhuǎn)角度過大，座椅的旋轉(zhuǎn)角速度會相應(yīng)增大，加上乘員的反向側(cè)偏量，這時可能會出現(xiàn)肩帶脫離肩部，從而使乘員處于脫離肩帶約束的危險。2）對于頸部與肩帶同向運動的情況。無論誰追誰，它們之間是否會接觸，這取決于座椅的旋轉(zhuǎn)速度和乘員的慣性作用誰的影響占上風(fēng)。3）對于頸部與肩帶相向運動的情況，即傳統(tǒng)座椅旋轉(zhuǎn)方向為逆時針時，頸部損傷的風(fēng)險最高，這種情況的座椅主動旋轉(zhuǎn)保護方式必須予以舍棄。3.工程實踐旋轉(zhuǎn)座椅對乘員頸部的損傷機理結(jié)果分析：智能安全座椅系統(tǒng)1）多場景化未來智能輔助駕駛汽車中，智能座艙可以是移動辦公空間，生活空間，娛樂空間等，為了滿足人們對不同應(yīng)用場景的要求，智能座椅識別到相應(yīng)的場景后，快速調(diào)整座椅到合適姿態(tài)。2）安全智能化包括智能感知、智能控制和智能監(jiān)測。智能感知：結(jié)合主動安全技術(shù)，實現(xiàn)智能感知技術(shù)，提前預(yù)判碰撞，主動調(diào)整座椅的位置和姿態(tài)。智能控制：通過傳感器與座椅融合，座椅控制方式也將從傳統(tǒng)的按鍵方式，發(fā)展為APP控制，手勢控制，意圖感知控制等。智能監(jiān)測：在座椅上集成人體溫度、濕度、電信號、心率、呼吸頻率等傳感器，實現(xiàn)乘員的健康智能監(jiān)測乘員的生理指標(biāo)。在汽車“智能化、電動化、網(wǎng)聯(lián)化和共享化”等四化發(fā)展背景下，未來，智能座椅將與車聯(lián)網(wǎng)深度融合，為乘客提供智能化駕駛安全性和舒適感知性體驗。多場景化、安全智能化、模塊化、定制化與個性化、輕量化和零重力將成為未來汽車座椅主要發(fā)展趨勢。4.發(fā)展趨勢智能安全座椅系統(tǒng)3）模塊化和輕量化模塊化縮短座椅開發(fā)時間、降低制造成本；汽車座椅輕量化是實現(xiàn)汽車節(jié)能減排的有效措施。4）定制化與個性化在智能輔助駕駛時代，隨著駕駛員角色的減弱，汽車座椅的功能會變得定制化和個性化，例如在場景體驗、軟硬度自適應(yīng)、色彩氛圍等方面滿足乘客對感官和功能的不同需求。未來的智能汽車座椅可以結(jié)合人工智能算法自主分辨乘客和識別客戶特征，并提供座椅定制化服務(wù)。5）零重力汽車座椅汽車座椅應(yīng)讓乘客產(chǎn)生良好的靜壓感，使乘員在保持自然狀態(tài)的瞭望姿勢時，肌肉能處于放松狀態(tài)，體壓力分布合理，不影響血液循環(huán)和不易使乘員疲勞，零重力座椅很好地滿足了這個要求。4.發(fā)展趨勢智能安全座椅系統(tǒng)智能座艙乘員約束系統(tǒng)智能汽車的座艙將逐漸智能化，智能座艙內(nèi)的乘員不會被方向盤、座椅、安全帶等完全約束。智能輔助駕駛的情況下，乘員不再需要執(zhí)行駕駛?cè)蝿?wù)，乘坐姿態(tài)和車內(nèi)環(huán)境的形態(tài)將更為多樣，車內(nèi)空間布置更為靈活。在車輛碰撞工況下，復(fù)雜多樣的乘坐環(huán)境和乘員姿態(tài)將會引起更高的碰撞傷害風(fēng)險。多樣的乘員坐姿變化、更加智能化的車內(nèi)結(jié)構(gòu)變化和智能輔助駕駛介入后的碰撞場景變化，這些對乘員約束系統(tǒng)的安全保護形成新的挑戰(zhàn)。智能輔助駕駛概念車“F015LuxuryinMotion”乘坐環(huán)境1.概述如上所述，智能座艙將深徹地改變駕乘人員的坐姿，使碰撞工況復(fù)雜多樣。如何應(yīng)對全新的安全挑戰(zhàn)，保障駕乘人員的安全性？普通乘員約束系統(tǒng)在應(yīng)對復(fù)雜多樣的實際碰撞事故時已呈現(xiàn)明顯的局限性為克服傳統(tǒng)乘員約束系統(tǒng)的缺點，提高乘員約束系統(tǒng)的防護效果，設(shè)計開發(fā)可適應(yīng)多種碰撞工況和多種乘員類型的新型乘員約束系統(tǒng)非常有必要。這種新型乘員約束系統(tǒng)被稱為智能乘員約束系統(tǒng)或可適應(yīng)乘員約束系統(tǒng)?？蛇m應(yīng)乘員約束系統(tǒng)體現(xiàn)了“以人為本”的設(shè)計理念，它可以感知碰撞類型、碰撞強度、乘員姿態(tài)和乘員類型，根據(jù)感知信息進行實時綜合判斷和調(diào)整，提供最優(yōu)的乘員約束系統(tǒng)構(gòu)型，進而更有效的保護乘員。智能座艙乘員約束系統(tǒng)1.概述與傳統(tǒng)的約束系統(tǒng)相比，自適應(yīng)約束系統(tǒng)在硬件上增加了碰撞工況感應(yīng)裝置和可調(diào)乘員約束裝置。2.基本組成及原理自適應(yīng)乘員約束系統(tǒng)的組成智能座艙乘員約束系統(tǒng)通過車輛內(nèi)部的傳感器監(jiān)測，實時檢測車輛是否發(fā)生碰撞或即將發(fā)生碰撞。傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)采集信號處理傳感器采集車輛的加速度、速度、位移等數(shù)據(jù)，用于判斷碰撞的嚴重程度。對采集的數(shù)據(jù)