汽车碰撞安全课件.ppt

1、汽车碰撞安全汽车碰撞安全2016-5-14目录目录一、汽车碰撞安全基础一、汽车碰撞安全基础二、汽车碰撞安全设计三、汽车约束系统四、汽车碰撞安全测试五、汽车轻量化与碰撞安全汽车安全问题汽车安全问题l全球交通事故：死亡人数：124万/年受伤人数：3000万/年每25秒有1人因交通事故死亡，每1秒有1人因交通事故受伤对年龄低于对年龄低于34岁的群体，交通事故是第一死亡原因岁的群体，交通事故是第一死亡原因l中国交通事故：死亡人数：600/天受伤人数：45000/天交通事故死亡率：世界第一位交通事故死亡人数：世界第一位对年龄对年龄15-45岁的群体，交通事故是第一死亡原因岁的群体，交通事故是第一死亡原因

2、怪我咯其它4%驾驶员57%车辆12%环境27%交通事故原因交通事故原因Driving SkillMoodCellphoneDrink/EatChatGood ViewTireVehicle CrashworthinessInterfaceHandlingLightingCrash WarningWeatherRoad ConditionTunnel/BridgeTraffic Jam驾驶员主观因素是导致交通事故的主要原因驾驶员主观因素是导致交通事故的主要原因汽车安全性能体系汽车安全性能体系汽车安全主动安全制动信号视野电子辅助被动安全车身耐撞性乘员约束系统主动安全是预防预防事故发生的安全对策。主

3、要与汽车的制动性、行驶稳定性、操纵性、动力性、信息性以及驾驶员工作条件等相关被动安全是事故发生后减小后果减小后果的安全对策。在汽车碰撞过程中，汽车保护乘员和行人免受伤害或降低伤害程度的能力被动安全也就是本教程所要讲的“碰撞安全碰撞安全”汽车碰撞过程汽车碰撞过程一次碰撞 汽车发生碰撞时，汽车与汽车或汽车与障碍物之间的碰撞二次碰撞 一次碰撞后，汽车速度迅速降低，乘员因惯性向前运动，并与车内的方向盘、挡风玻璃或仪表台等物件发生碰撞三次碰撞 人体软组织器官和骨骼的撞击人体伤害主要发生在二次碰撞事故损伤容限事故损伤容限AIS简明创伤分级标准轻度创伤中度重度，可痊愈，伴随可逆转损伤（骨折）严重，可生存，伴

4、随永久性不可逆转损伤（残疾）极重、死亡车辆可进入市场销售的法规底线政府强检法规：车辆进入市场销售必须满足的最低标准；NCAP：进入市场的新车安全评价，对事故损伤的容限一般要高于法规要求（不是所有新车都会参与NCAP评价）。政府安全法规的红线：50-60km/h碰撞事故中，乘员不致残、损伤可痊愈。能否提高安全保护的标准？受社会经济因素制约，高的安全标准意味着高的汽车制造成本。目录目录一、汽车碰撞安全基础二、汽车碰撞安全设计二、汽车碰撞安全设计三、汽车约束系统四、汽车碰撞安全测试五、汽车轻量化与碰撞安全汽车碰撞安全实现途径汽车碰撞安全实现途径结构耐撞性 汽车结构产生塑性变形吸能，提供合理的减速过程

5、，并保持足够的乘员生存空间乘员约束 座椅、安全带、气囊，通过约束乘员降低乘员与内饰碰撞的速度l 汽车碰撞安全实现途径：结构耐撞性+乘员约束l 结构耐撞不是汽车撞不坏，而是车辆结构逐步变形吸收能量，车毁人不亡车毁人不亡l 结构耐撞性与约束系统不是相互独立作用，汽车结构吸能必须叠加在约束系统上才能取得保护乘员的作用如果不系安全带，再好的碰撞结构设计也起不到保护乘员的作用车辆结构与约束系统耦合车辆结构与约束系统耦合能量不会凭空消失，只会转化l 能量不会凭空消失，只会转化。碰撞发生后，乘员的动能必须通过车辆结构变形（乘降能）和约束系统的变形（约束能）来转化吸收。l 假设车辆和壁障（被撞物体）的刚度无限

6、大（完全撞不坏）：一旦发生碰撞事故车辆立即停止，乘降能=0乘员动能全部由约束系统以及乘员自身变形吸收l 假设约束系统的刚度无限大（把人完全固定在座位上）：乘员的减速完全等于车辆的减速，约束能=0乘员动能全部由车辆结构变形吸收l 以上两种情况都不利于乘员保护。撞不坏的车未必是好车车辆结构与约束系统耦合车辆结构与约束系统耦合l 车辆的结构变形并不能把加速度（减速度）完全降低到合理范围内，一些结构（如发动机）在被压溃时加速度仍然会高达40g；l 乘员直接感受到的加速度，是乘员响应的载荷（力），一般认为超过20g的加速度会对人体造成严重伤害；l 约束系统的设计必须匹配碰撞波形，在保证必要的约束力的前提

7、下能够产生一定的变形，以削减车辆加速度（减速度）的波峰；l 如果碰撞波形加上约束系统的减速作用仍不能把乘员加速度降低到目标值以内，则应该重新设计车身，优化波形。碰撞波形：碰撞发生后，车辆减速过程中的加速度（减速度）在时间上的函数，碰撞波形体现了车辆结构的刚度前碰撞安全设计前碰撞安全设计永久变形，吸收碰撞动量；确保合理的减速度变形区合理的刚度，引导载荷传递，尽可能截断车辆前部变形过渡区尽可能刚硬，保证乘员生存空间安全区前碰撞安全设计前碰撞安全设计变形区变形区安全区安全区过渡区过渡区前大梁溃缩设计前大梁溃缩设计最前段，轴向溃缩中段，弯曲变形Side ViewTop View后段，控制向上的扭转正碰

8、力传递路线正碰力传递路线侧碰撞安全设计侧碰撞安全设计设计挑战：车门迅速变形，很高的侵入速度与正面碰撞不同，侧面缓冲空间很小应对措施：设计横向承载结构，尽快地将侧向碰撞力从被撞击侧传递到对侧优化侧围结构，有效控制侧围的变形方式，避开乘员易被伤害的区域限制作用到乘员身上的载荷峰值在车门内布置限力装置侧碰气囊，泡沫缓冲垫在车门与乘员相互作用过程中用分散的力把假人推开侧碰力传递路线侧碰力传递路线行人碰撞保护设计行人碰撞保护设计行人保护是车辆碰撞行人或非机动车后降低被撞者伤害程度的对策车辆与行人碰撞伤害特征：低速碰撞（约20km/h）的直接伤害是膝关节韧带拉伤（长期损伤）；高速碰撞（约40km/h）的直

9、接伤害是骨折（可恢复），但往往因抛空、碾压等导致严重的间接伤害；年长者易发生下肢骨折伤害；儿童较大几率发生头部、躯干伤害。行人碰撞保护设计要点：下肢：保险杠刚度，保险杠与防撞梁之间的吸能空间 头部：发动机罩刚度，发动机罩盖下方吸能空间（与发动机、电池等的间隙）髋部：发动机罩盖、格栅下方吸能空间行人碰撞保护设计行人碰撞保护设计汽车撞不过自行车？汽车前保险杠一般是塑料材质，是为了在低速碰撞事故中保护行人和非机动车而设计的，在中低速碰撞中肯定撞不过自行车。常见的网络评论目录目录一、汽车碰撞安全基础二、汽车碰撞安全设计三、汽车约束系统三、汽车约束系统四、汽车碰撞安全测试五、汽车轻量化与碰撞安全约束系统

10、约束系统约束系统安全带儿童座椅安全气囊座椅方向盘安全带安全带安全带两点式2014年法规乘用车已不能再使用三点式最常使用，保护性能优良四点式乘员保护性能最好，但实用性方面还存在一定问题 安全带是最有效的乘员保护装置，能在碰撞、紧急制动、翻滚中约束乘员 通过乘员身上最强的部位肩和肩和骨盆骨盆接受约束力腰带应当佩戴在髋骨髋骨上，而不是腹部安全带安全带卷收器与限力器卷收器与限力器l 卷收器：收卷织带，并带有加速锁止功能，允许使用较低的速度抽出织带，超过一定速度时锁止l 限力器：通过释放出一定量的安全带的织物使安全带的力维持在限制的水平，从而限定安全带的作用力，减轻胸部载荷可变形齿条限力器可变形扭杆限力

11、器安全带安全带预紧器预紧器l 预紧器：在碰撞初始时刻，消除安全带的松弛量，减少乘员相对车体的初始自由行程，保留有效生存空间。主要是爆炸式的，一般5ms预紧80mm左右。注意：为了确保舒适，安全带通常情况下是比较松弛的，但从安全的角度出发，安安全带应尽量贴近人体全带应尽量贴近人体，不留余量儿童乘员约束系统儿童乘员约束系统 在全球交通事故中，儿童死亡人数占1/10，是0-17岁儿童致死的第二位原因 儿童乘员特点：骨骼、韧带等韧性好，但强度和模量低，脑部在动载荷下易受到伤害将儿童抱在手里：当40km/h紧急制动时，5.5kg的婴儿会产生110kg的冲击力，成人的双臂根本无法挽住使用成人安全带：织带勒

12、脖子，紧急制动时织带的作用力甚至可能危及儿童生命使用三角调节器：不再勒脖子，但把腰带提高到柔软的腹部，加大了安全带的作用间隙儿童安全座椅在中国并未得到很好的儿童安全座椅在中国并未得到很好的普及，儿童乘员在车内并未得到很好普及，儿童乘员在车内并未得到很好的保护的保护 儿童乘员约束系统儿童乘员约束系统 国外交通数据表明：儿童如果约束适当，多为轻伤。2013国标强制标准：M1类车必须有至少2套CRS固定系统，每套包含两个ISO-FIX点和一个上固定点。儿童乘员必须坐后排！儿童乘员必须坐后排！儿童乘员必须被约束！儿童乘员必须被约束！儿童乘员不应使用成人安全带儿童乘员不应使用成人安全带！ISO-FIX上

13、固定点CRS安全气囊安全气囊安全气囊的类型驾驶员侧气囊乘员侧气囊侧气帘侧气囊其它的安全气囊 辅助安全装置 缓冲乘员与方向盘、仪表板的碰撞，减少头部转动，保护头部和颈部 安全气囊使用不当可能给乘员带来更大的伤害安全气囊使用不当可能给乘员带来更大的伤害安全气囊安全气囊正确使用安全气囊：气囊设计的初衷在于和安全带配合使用，不是单独使用；气囊设计应用爆炸原理（每一个安全气囊就是一个小炸弹），峰值展开速度350km/h，乘员必须在安全带的保护下，等气囊充分展开后再与之接触；气囊设计为对准一般身高的成人胸部和头部，但对体型较小的乘员，气囊可能会只撞击到他们的头部（导致颈椎折断）儿童应远离气囊儿童应远离气囊

14、；坐在距离气囊至少250mm以外的位置；调整方向盘倾角，使气囊对准胸部而非头颈部；对于正确使用汽车约束系统的乘员，多数情况气囊的伤害都很小，安全气囊利大于弊。座椅座椅 靠背和头枕在车辆受到后方撞击时，约束躯干和头部的后甩，对于减少挥鞭伤有着至关重要的作用。坐垫倾角在前碰撞中能有效防止乘员下潜而造成严重的腹部损伤。后碰：挥鞭伤前碰：下潜可溃缩式转向柱可溃缩式转向柱可溃缩式转向柱是指在车辆发生碰撞时，转向柱可按预先设计而溃缩变形，能够减小驾驶员受方向盘的冲击力目录目录一、汽车碰撞安全基础二、汽车碰撞安全设计三、汽车约束系统四、汽车碰撞安全测试四、汽车碰撞安全测试五、汽车轻量化与碰撞安全Euro-N

15、CAP：欧洲汽车碰撞安全标准，世界公认的最具影响力和代表性的汽车碰撞权威认证标准。它由欧洲各国汽车联合会、政府机关、消费者权益组识、汽车俱乐部等组织组成，不依附于任何汽车生产企业，所需经费由欧盟提供。凡于欧洲销售之新车，均需至Euro-NCAP进行撞击测试。NHTSA（US-NCAP）：美国高速公路安全协会，美国政府部门的汽车安全的最高主管机关。其权威性和公正性，受到美国本土和在全球范围内的消费者认可。IIHS：美国公路安全保险协会，由汽车保险企业组织成立的非赢利性组织，致力于通过独立的调研和碰撞试验，降低汽车碰撞事故的发生。IIHS只会选择最低配车型进行测试，如果厂家有要求，可以对选装后的高

16、配车重新测试，但是成绩必须与低配车型一起公布。J-NCAP：日本汽车碰撞安全标准，是由国家出资，国土交通省委托NASVA（自动车事故対策机构）来进行的。NASVA定位于政府与民间之间，并保持中立。C-NCAP：中国汽车碰撞安全标准，由中国汽车技术研究中心按照比中国现有强制性标准更严格和更全面的要求进行碰撞安全性能测试。C-NCAP很大程度上是欧洲标准的缩水版，因为C-NCAP碰撞内容更简单，速度要求更宽松。各国各国NCAPNCAP认证标准认证标准各国各国NCAPNCAP评估项目评估项目EURO-NCAPNHTSAIIHSJ-NCAPC-NCAP正面碰撞40%偏置100%全宽40%+25%偏置1

17、00%全宽+40%偏置100%全宽+40%偏置侧面台车碰撞90MDB27MDB90MDB90MDB90MDB侧面柱撞90Pole75Pole鞭打试验YYY翻滚YY行人保护腿部+头部头部儿童保护YY非必须，可加分安全辅助YY非必须，可加分Euro-NCAPEuro-NCAPEuro-NCAP（European New Car Assessment Program）碰撞测试结果分成员保护、儿童保护系统、安全辅助、行人保护对各项测试都提出一个获得相应星级的最低门槛，避免有些车型虽然某项测试得分很低，但其他得分高照样取得高星级的情况各项限值随着时间推移不断增高，是一个在不断变难的动态标准。正面碰撞正面

18、碰撞EURO-NCAPNHTSAIIHSJ-NCAPC-NCAPGB-11551FMVSS-208ECE-R94速度km/h645664.4556450516448-5048-5356障碍物可变形刚性可变形刚性可变形刚性可变形刚性刚性可变形重叠40%100%40%100%40%100%40%100%100%40%评测车内假人头、胸、腿部受到的冲击程度，以及安全带、及气囊等的安全程度正面完全碰撞测试正面完全碰撞测试正面正面40%偏置碰撞测试偏置碰撞测试测试车辆以测试速度撞向占车体全宽的刚性固定障碍物测试车辆以测试速度撞向占车体40%宽度，厚度0.54米的可变性固定障碍物侧面台车碰撞侧面台车碰撞E

19、URO-NCAPNHTSAIIHSJ-NCAPC-NCAPGB-20071FMV-SS214ECE-R95速度km/h5061505550505450障碍物MDBMDBMDBMDBMDBMDBMDBMDB冲击角9027909090902790NHTSAIIHS/JP/AU/EUNCAPMDB从27角撞向被测车辆侧面MDB垂直撞向被测车辆侧面（IIHS为副驾驶侧）MDB：Mobile Deformable Barrier可变形移动壁障侧面柱撞侧面柱撞试验车辆侧向移动撞击静止的直径为254mm的柱壁障，用于模拟汽车由于躲避不及侧面撞到树上或电线杆上的情况EU-NCAPNHTSA速度29km/h32

20、km/h角度9075尾撞尾撞在追尾事故中，前车的乘员头部剧烈向后甩动，颈部会受到挥鞭伤。鞭打试验是将座椅及约束系统按照原车结构，固定在滑台上，滑台以指定的加速度波形发射，测试乘员颈部受伤情况。测试机构：EU-NCAP、C-NCAP（2012年增加）。GB20072FMVSS301ECER34速度km/h504835-38障碍物RMBRMBRMBRMB：Rigid Moving Barrier刚性移动壁障台车追尾碰撞鞭打试验行人保护行人保护EEVC Child Headv=40km/hm=2.5kgLimitHPC1000EEVC Adult Headv=40km/hm=4.8kgLimitHP

21、C1000EEVC Upper LegE=200700JLimitsF 5kNM 300NmEEVC Lower Legv=40km/hLimitsa 150g 15s 6mm=65=50WAD1500行人保护测试是让测试模块以40km/h的速度撞向车辆指定位置，通过一系列的反复测试，得出车辆正面哪些部位保护到位，那些部位会对行人造成伤害。小腿-自由飞行试验成人头部-自由飞行试验儿童头部-自由飞行试验大腿-定向试验安全辅助系统评价安全辅助系统评价 旧版Euro-NCAP标准中针对安全带提醒装置设置了最高3分的加分项。新版Euro-NCAP标准设置了安全辅助项目，作为单独考核项目。C-NCAP中

22、对安全带提醒装置/侧气帘装置分别有1.5/1分的加分。车速辅助电子稳定系统安全带提醒车道辅助城市自动刹车目录目录一、汽车碰撞安全基础二、汽车碰撞安全设计三、汽车约束系统四、汽车碰撞安全测试五、汽车轻量化与碰撞安全五、汽车轻量化与碰撞安全车重随技术发展的变化车重随技术发展的变化重量与安全重量与安全汽车重量似乎是很多人判断车辆安全的重要依据，不少人认为日系车太轻不安全，德、美系车厚重才靠谱。但是，各国NCAP测试结果并不支持这一结论，尤其是在IIHS 25%偏置碰撞测试中，表现最优秀的那几款车多是日系，而德美系车很多排名倒数。但是，NCAP的常规测试都是针对单车碰撞的大大/重车重车 VS VS 小

23、小/轻车轻车ADACADAC（全德汽车俱乐部）（全德汽车俱乐部）大大/重车重车 VS VS 小小/轻车轻车而IIHS则拿同品牌的A0级车与B级车对撞。其中包括奔驰C对撞Smart、雅力士对撞凯美瑞、飞度对撞雅阁。其对撞结果Smart、雅力士三厢（国内的威驰）和飞度均出现了严重的形变，乘员舱也受到严重破坏，而凯美瑞和雅阁的损毁情况甚至低于单车碰撞。两车重量差异的影响两车重量差异的影响假设两车碰撞过程满足动量守恒：V1、V2：速度变化量，m1、m2：质量速度变化量与乘员伤害高度相关；速度变化量与重量成反比，因此轻的车速度变化大，伤害风险更高；重的车可以降低本车乘员的伤害风险，但降低程度小于轻车伤害

24、风险的提高程度，整体上是风险净增加。12212211mmVVVmVmm2m1如果两车速度相等，m1m2，小车被撞后将回弹，速度变化量大于其行驶速度两车刚度差异的影响两车刚度差异的影响假设碰撞过程车身吸能结构为塑性弹簧，弹簧受力与势能公式：F：弹簧受力x：弹簧变形量k：弹簧系数（刚度）因此有：221kxFxEkxF12212121222111kkxxFxFxEEFxkxkF因为前部结构是根据单车碰撞和自身载荷设计的，因此轻的车前部刚度一般偏小。在两车对撞中，偏软的轻车变形更大，且承担更大的能量吸收。如果小车刚度足够强，则反弹剧烈两车尺寸差异的影响两车尺寸差异的影响保险杠高度不匹配，大车将小车发动机顶入乘员舱前端碰撞吸能结构没有发挥作用两车相撞，尺寸影响重量和刚度影响总结总结 在单车事故中，轻车安全表现更好；在严重的车撞车事故中，大而重的车反而更有利。但是：轻车有利于采取主动安全控制措施，降低事故几率；重心高的大车更容易发生侧翻事故（货车转弯常见此现象）；降低平均车重能减少道路交通事故的净伤亡。轻量化对汽车安全利大于弊，碰撞测试仍然是汽车被动安全最重要的评价依据轻量化对汽车安全利大于弊，碰撞测试仍然是汽车被动安全最重要的评价依据谢谢！更多内容请参考：汽车碰撞安全基础清华大学 周青汽车碰撞安全工程邱少波 北京理工大学出版社汽车安全性与舒适性系统德国BOSCH公司