1、2022年10月22日星期六汽车车身结构分析与设汽车车身结构分析与设计计概述车身车身覆盖件（cover panel）：覆盖在车身骨架表面的板制件。外覆盖件、内覆盖件车身结构件（body structural;body skeleton;body frame）：）：组成车身本体，支撑覆盖件，并保证车身强度和刚度 的零部件。承载。车体有书中称“车身的主体”也就是我们这里的车身结构件2重庆大学车辆工程系车身结构设计的主要内容 设计一个连续、完整的受力系统；确定杆件截面型式（开、闭口）确定杆件截面的构成 确定杆件与杆件、杆件与覆盖件的过渡、连接的结构 划分分总成、分块 应力分析计算 主图板设计、零件图
2、3重庆大学车辆工程系1.车身结构分析设计一、车身结构件的机构分析与设计车身骨架（body skeleton）：主要为保证车身的强度和刚度而构成的空间框架结构。要求：刚度：变形、振动、噪声刚度不足，将会引起车门的门框、窗框、发动机舱口及行李箱口等的变形，导致玻璃破裂，车门卡死；低刚度必然伴随有低的固有频率，易发生结构共振和声响，并削弱结构接头的连接强度；此外，还会影响安装在底架上的总成的相对位置。强度：裂纹、疲劳断裂4重庆大学车辆工程系1、杆件的设置 分为三类1）功能所要求设置的：如门柱、窗柱、门槛、门框上下横梁、风窗框上下横梁等。2）加强用的：如大客车顶盖上的纵梁和底架周边的搁梁，在后悬架处底
3、架上设置的加强横梁等。为了满足安全法规，防止正面碰撞和侧面碰撞而设置的加强件。3）为安装附件而设置的非承载件，如顶盖上为安装顶窗而设置的框架等。1）、2）类是车身的主要承载件，应有足够的刚度和强度，并构成一个连续完整的受力系统。薄壳式车身结构虽无完整的骨架，但壳体与各构件组装后，也应是一个完整的受力框架。5重庆大学车辆工程系轿车骨架 车厢（封闭的主体）发动机舱（敞开的前部）行李箱纵向受力元件：前纵梁及斜撑、地板边梁（门槛）、传动轴通道、顶盖及边梁横向受力元件：前围板、前斜地板、座椅支撑梁（地板横梁）、后壁、后横梁或后围板、顶盖车身前部承受发动机等的重力和悬架支承反力（集中力）车厢承受乘客、车门
4、、自重、悬架支承反力。（分散力）6重庆大学车辆工程系 车身骨架设计除考虑刚度与强度，还应注意不能破坏造型设计骨架里板应考虑内护板紧固用最佳截面形状获得最大的截面系数满足相邻部件的性能要求7重庆大学车辆工程系2、杆件截面形状与刚度的关系 影响刚度的截面几何特性：弯曲惯性矩、扭转惯性矩（极惯性矩）2 2 （F是材料面积）I k=e dFI y=z dFFF表1 截面特性比较截面尺寸/cmA材料断面积相等时，表中尺寸的：的弯曲刚度最好，扭转刚度最差 的弯曲刚度最差，扭转刚度最好为提高车身刚度，宜多 采用闭口断面。重庆大学车辆工程系截面形状JkIyWyWkh=12.8 b=4.8 t=0.410.00
5、44110.0043h=6.4b=4.8t=0.410.590.690.7330.768h=7.13 t=0.4110.6910.656189重庆大学车辆工程系车身骨架典型截面a）顶盖侧梁 b）中立柱c）前风窗立柱d）后风窗立柱e）门槛10重庆大学车辆工程系承载式车身骨架示例11重庆大学车辆工程系3、骨架结构中的应力集中 杆件的截面形状、尺寸突变时，会由于刚度突变而产生 应力集中。避免应力集中的措施 避免截面急剧变化避免截面急剧变化12重庆大学车辆工程系3、骨架结构中的应力集中 避免应力集中的措施 加强板的厚度与被加强板的厚度不宜相差悬殊。（如门铰、固定 处）孔洞应开在应力较小部位 纵、横杆件
6、的连接13重庆大学车辆工程系14重庆大学车辆工程系二、汽车覆盖件结构与分析 车身的大型板壳零件可分为三类：1）、外覆盖件：如车身顶盖，发动机罩外板、门外板、翼子板等。对这些零件的要求是：表面光滑，棱角线条清晰，与相邻部件棱线吻合，完全符合造型要求，而且要有一定的刚度。2）、内覆盖件：如前围内板（发动机挡板）、地板、门内板等，即在车身外面看不见的内部大零件。这些零件的刚度要足够，零件上的装配尺寸要准确。3）、骨架零件：它们在车身上起支撑作用，如支柱、门窗框以及各种纵、横梁等。15重庆大学车辆工程系1、板壳的合理分块 分块应考虑：冲压、装配、工艺设备、产 量、成本等因素驾驶室分块16重庆大学车辆工
7、程系 考虑如下几个方面（1）板料的尺寸规格（2）考虑拉延工艺：拉延深度适当、形状简 单、圆角、胀形深度（3）装配精度（4）易损件、做成可拆卸（5）产量、成本、设备17重庆大学车辆工程系2、板壳的构造、过渡、连接 确定板壳的一个面与另一 个面的过渡变化。如图由 AA的风窗框翻边至CC 的风窗框翻边、由CC的 门框翻边至BB的门框翻 边。壳体草图18重庆大学车辆工程系3、提高零件的刚度 刚度差，则产生振动、噪声；易疲劳损坏；生产、搬运不便 措施：采用曲面，加棱线，使拉延变形大 内覆盖件设加强筋 （图8-8）3）大客车承载式车身上 的板壳零件蒙皮，可分为两种:应力蒙皮、预应力蒙皮加强肋的布置的肋的形
8、状a)好 b)不好 c)肋的形状19重庆大学车辆工程系 设计加强肋应注意如下几点：在平的或稍鼓起的零件上，加强肋应沿着零件的对 角线布置，最好不用交叉肋。如果采用交叉肋，则应 避免交叉处因应力集中而丧失刚性，为此，在交叉处 用半径大于2倍肋宽度的圆弧来过渡。为减轻弯曲零件的回弹，可以在弯曲部位局部压出 三角肋；对弯曲半径很大的零件，应垂直与零件的弯 曲轴线方向布置条形肋。加强肋的轴线宜直，否则在运动时会引起扭转。加强肋应沿支撑之间的最短距离布置。肋的刚性主要取决于它的深度，但为防止破裂，深 度不宜过大，原则上应满足板料拉延成型所允许的条 件（见下节）。20重庆大学车辆工程系三、车身的结构工艺性
9、 结构工艺性指的是所设计的产品既要满足使用要 求，又要能够在一定的生产条件和规模下，使加 工方法最简单、最经济。汽车的造型会影响车身结构的工艺性21重庆大学车辆工程系1、冲压工艺性 图8-14（P170）、弯边高度不宜短 图8-15、翻边高度 过宽会引起起皱或 拉裂 图8-16 b)孔的翻边 高度不宜过高，a)包边。转角处属压 缩类翻边，切除零件压弯工艺要求曲面翻边车门外板翻边和孔的翻边重庆大学车辆工程系221、冲压工艺性 图8-17、鼓包、筋 条、翻边的冲压方向 尽量一致，以便一次 冲出 图8-21、顶盖3，a)内 翻b)外翻 外翻可在切 边时翻边，而内翻还 需较复杂的斜楔翻边 模。图8-1
10、7 驾驶室地板 图8-21 流水槽与顶盖的连接1-内边槽 2-外边槽 3-顶盖 4-流水槽23重庆大学车辆工程系2、装配工艺性 车身结构设计对焊接装配工艺性的影响主要是两 方面：1）车身结构的划分。2）焊接接头型式的设计。图8-18 a）需侧窗柱与顶盖横梁对应一致，b）则 不要求重庆大学车辆工程系 图8-18 客车车身结构划分与组装方式的改变1-前围上部 2-顶盖 3-后围下部 4-前围下部 5-侧围 6-前围 7-后围242、装配工艺性图8-20、车身焊接的主要型式图8-21、a）焊枪焊极难以接近，改为b）图8-22、考虑焊接定位的结构。P173 例4）5）尽可能少用三层叠焊（强度不易保证）
11、大型件焊点布置应对称（防产生不规则变形和应力集中）图8-20 点焊连接型式 a)搭接 b)翻边连接图8-22 焊件定位 图8-21 流水槽与顶盖的连接1-内边槽 2-外边槽 3-顶盖 4-流水槽重庆大学车辆工程系253、车体的其它连接方法 拉铆、粘接 二氧化碳保护焊多用于骨架构件的连接。蒙皮与骨架的连接则多用点 焊和铆接，为了改善车身外观，用装饰条将板的接缝压住。而铆接的 方法则常用空心铆钉进行单枪拉铆，见图8-23，这种铆接方法可以将 蒙皮铆于闭口的骨架型材上；铆接品质好，效率高。为实现侧壁外蒙皮的光滑美观和无铆钉化，可以采用预应力蒙皮。但 为达到轻量化的目的，应加强大客车上焊接及粘接技术的
12、研究。如德 国Neoplan大客车采用粘接蒙皮工艺，蒙皮为铝板或玻璃钢，用特制 的高强度粘接剂粘在骨架上，密封性好，振动噪声也小。在汽车生产中使用粘接剂与点焊相比有很多优点；没有焊痕，外观平 整，不产生焊接形；粘接面的应力比点焊均匀；不能焊接的部位可用 粘接方法代替；不同材料可用粘接法；此外还可起加强、密封和防锈 作用。缺点是：易污染；需要固化时间，因而影响工艺流程；对气候 适应性差等。26重庆大学车辆工程系4、产品的设计精度和制造精度 为获得大量生产时零部件的互换性和满足对产品的要求，设计应该对 制造精度提出要求，即根据使用要求和生产条件，制定公差和技术条 件。设计覆盖件时，其轮廓尺寸是在主
13、图板上精确确定的。零件图标注尺 寸时要准确反映主图板上的图形，其偏差应控制在0.25mm之内。覆盖零件的最后形状决定于冲模。冲模是根据主模型加工出来的，而 主模型又是按图纸尺寸和样板制作的。因此，必须控制这一系列“移 形”过程的积累误差，否则将给合件或总成的装配带来困难。车体各部分，如门框、窗框等的装配尺寸精度是由装配夹具来保证 的，只有严格控制装配夹具的精度，才能保证车体总装后的尺寸精 度。设计时应对车体总装后的尺寸精度提出要求，如门与门框的配合间 隙，车身表面零件接缝处的高低不平度等。但是过于精确的规定将给 制造装配工艺带来很大困难，所以零件设计公差、装配调整公差合技 术条件制定得应该合理
14、。27重庆大学车辆工程系28重庆大学车辆工程系29重庆大学车辆工程系2 车身的耐腐蚀性 汽车经常处于容易使钢板锈蚀的环境中，如雨水的浸蚀、工业区的大气污染以及沿海地区氯化钠的侵蚀等，影响汽车的使用寿命。近代为了减轻车身质量，用于车身结构的钢板有日益减薄的倾向，加之车身形状和结构复杂，焊接接头多，易受腐蚀的部位也随之增加，所以必须很重视防止车身锈蚀的问题。三种途径：改进车身结构采用各种保护膜采用防腐材料30重庆大学车辆工程系一、结构方面1、不积泥、水。设排水孔，不积水泥，易干燥（通风）图8-25 不积水的结构图8-26 车门下部的排水口重庆大学车辆工程系图8-27 操纵板式通风装置3132重庆大
15、学车辆工程系33重庆大学车辆工程系一、结构方面2、易锈蚀部位的防腐措施焊点贴合部（和铆接处）：涂不到 漆、又不通风板切割边：毛刺破坏漆膜，振动亦 破坏漆膜。措施：加密封胶，以防水进入缝隙。并防止振动破坏漆膜；还可隔离开 两种金属，以免电化学腐蚀。两种金属接合处、电化学腐蚀 两种金属之间的接合，特别易发生 电化学腐蚀，应尽量避免。当必须 采用时，应在两层之间采用塑料隔 层。石击部位。措施：防石击胶 汽车行驶过程中，车身底部容易受 到石头撞击，应该贴防石击胶。相邻板件的摩擦。措施：橡胶条使用密封胶的部位示意图34重庆大学车辆工程系二、保护膜方面“油漆”磷化镀锌钢板密封胶（与隔离隔热结合）涂（层）料
16、隔层（两板间）采用水溶性油漆的浸渍涂漆35重庆大学车辆工程系三、采用防腐材料 冷轧钢板防腐处理：镀锌、镀合金、涂防腐材料 塑料制件，作为易蚀部位的保护罩：挡泥板、门框罩 铝合金：铝合金车架最大优点是轻（相同刚度的情况 下）。但是成本高，不宜大量生产，而且铝合金本身的特 性决定了其承载能力受限制，暂时只有少数车厂运用在小 型的量产跑车上，如莲花ELISE和雷诺SPIDER。碳纤维：碳纤维车架的刚度极高，重量比其它任何车架都 要轻，重心也可以造得很低。但是制造成本是它的致命 伤，因此目前都只用于不计成本的赛车和极少数量产车 上。铝合金和碳纤维还有一个缺点是维修成本高，没有钢板等 制成的车身那么容易
17、维修。这也是制约其推广的一个主要 原因。36重庆大学车辆工程系3 车身的抗振与降噪设计一、车身的振动1.车身振动概述 防止共振 共振不仅使乘员感到很不 舒适，而且带来噪声和部 件的疲劳损坏；还会破坏 车身表面的防护层和车身 的密封性，从而削弱抗腐 蚀性能。车身振动频率大致在 2050Hz。汽车在轮胎上 的振动频率及发动机在其 悬置上的振动频率等，与 车身低阶频率很接近，因 此应注意提高车身的刚 度。37重庆大学车辆工程系一、车身的振动 用实验方法，激振，找出 共振频率、分析共振的原 因、修改结构 车身频率响应1-车身前部的扭转振动 2-车身弯曲振动 3-左前梁的测点 底架的振型1-前附加横梁（
18、副车架）固定点 2-发动机后悬置横梁 3-传动轴中间支承点 4 后悬架支点38重庆大学车辆工程系一、车身的振动 可用有限元法进行振动分析。采用有限元法进行振动分析，可迅速而经济地选择最佳结 构方案。39重庆大学车辆工程系 板壳的局部振动 刚度差的板壳，易产生振动，或共振。这是车内噪声的一个声源。地板是容易振动的部位。以四方简支长方形板为例。可分析得到其 22 D mn 2 固有频率 =(+)nt a2b2m和n沿板边a方向和板边b方向的阶数；a和b板的长度和宽度；材料的密度；g重力加速度；3 Et D=t板的厚度；2 12(1 )D表示板的弯曲刚度或抗挠刚度；板壳的各阶振型-一阶振型、-高阶振
19、型-沿xx方向冲压筋或楞线后的振型40重庆大学车辆工程系 长方形板的最低阶频率f1（即m=1，n=1时）应为：n D 1 1 最低阶频率 f=(+)122t a2b2 固有频率与边长平方成反比。故可以加筋来减小边长尺寸 a、b，从而增大固有频率，以免低频率下共振。地板加筋：应无贯通地板面的直线不通过横跨筋条的情 况。41重庆大学车辆工程系2.车身减振设计(1)车身结构设计 避免发动机、底盘的振动频率以及激励力频率与车身的整体固有 频率一致。将车身各主要部分（外板、车顶、地板等）的固有频率错开，避 免车身局部共振。提高车身支撑受力点处的刚性42重庆大学车辆工程系（2）车身隔振减少外部振动输入 1
20、）采用隔振措施，改善系统的传递特性 2）在车架与发动机之间选择恰当的悬置结构 3）合理地选择发动机悬置元件的特性，减少 振源的振动 橡胶元件的允许应变不应大于15%20%，故固 有频率不会很低，50HZ以下的振动很难隔断。4）合理选择车身悬置点位置，尽量减少悬置 点数目重庆大学车辆工程系 附加横梁与纵梁的连接1-纵梁 2-附加横梁 3-橡胶垫 车身悬置实例a)压缩型 b)剪切型 1-车架 2-车身 43 悬置点数应尽可能少,以减少车 架对车身的影响.长头驾驶室：4、5、6点 短头：4点 轿车：1214个悬置点节点支承的例子 悬置点位置应可能在车架振动节 点附近.对悬置的要求：垂直方向刚度低，（
21、静挠度大，固 有频率小），以隔振。横向刚度大，防止车身水平窜动。橡胶弹性元件应始终不出现零挠度 的情况，以防破坏。布置在车架振动节点附近，减少悬 置数目，以防车架变形和振动对车 身的影响。重庆大学车辆工程系货车驾驶室的悬置点布置44合理确定悬置点数目45重庆大学车辆工程系二、车内噪声控制（一）车内噪声成因 噪声与大气污染、水污染并称为现代社会的“三大 公害”车内噪声包括：空气动力噪声、机械性噪声、空腔共鸣噪声等空气动力噪声大都由气体振动产生，由外部环境噪声、发动机噪声、传动系及行走系噪声通过地板、前围等传 入室内，还包括汽车高速行驶时2000Hz以上的风噪声。机械噪声大都由车身壳体收到激励而振
22、动或者受到撞 击、摩擦使室内设备振动而产生。空腔共鸣噪声是由于车身振动而向车内辐射的声波在遇 到车后一部分被反射回来，如遇原来的声波频率相同，则声波被加强，且成为一种激励加剧车身结构的振动。46重庆大学车辆工程系（二）噪声的度量及评价标准声音的声调：（声波的）频率 20（16）20000Hz 次声 超声声音的强弱：声压有声波时，空气压强的变化量。大气压 105Pa 对于1000Hz的声音，可听见的范围：2x10-5Pa 20Pa 听阈声压痛阈声压声音的响度：人的听觉对声音的反应。对频率和声压的 综合感觉声音的音色：声音所含频率的分布。噪声：听者不喜欢或无好感的声音。47重庆大学车辆工程系 1声
23、压级 由于可听见的声压范围宽，用压力单位表 示不方便。常用 声压级LP=20 lg(P/P0)(dB)P声压 -5PaP0基准声压；一般取2x10 -5Pa 0dB这样：听阈声压 2x10 痛阈声压 20Pa 120dB48重庆大学车辆工程系 声强级 声强是单位时间内垂直通过单位面积的声的能量。PI=V 02 P声压 空气密度 V0声速 I 声强级 LI=10 lg(dB)（功率比为10）I0I0 参考声强，一般取10-12 W/m2 （对应听阈值）对应痛阈声压的声强1 W/m2 声强与声压在数值上有一定关系。声强具有方向性。由此，可在各种噪声混杂的环境中测出特定的噪声 源发出的噪声。49重庆
24、大学车辆工程系 响度级与等响曲线 响度用一数值来表示。单位用“方”（phon）；以1000Hz纯音的声压 级作为响度级。等响曲线：声压级越高，响度级越大 对于同一声压级的声音，频率不同，响度级也不同。响度级与声压和频率都有关。人对2000（1000）5000（6000）Hz的声音最敏感；500Hz时，频 率越低，越不敏感；如：能听到：4000Hz 8dB 500Hz 6dB 100Hz 35dB 频率较低且声压级又不太大的区域，曲线密集。这对低频噪声的控 制有意义（稍降低其声压级，响度级降低较大）响度级较大的曲线，接近水平。即频率的影响不大了。50重庆大学车辆工程系 实际中，难于严格按照人耳反
25、应特性由声压、频率测出响 度级。在声学测量仪器中设置频率计权网络，模拟人耳特 性。A计权网络、模拟 40 方 等响曲线对频率的变化 B70 C85 D 用于测量飞机噪声 A、对可听频率范围内的低频噪声有较大衰减。与人耳听 觉特性相似。B、对低频噪声有一定衰减 C、几乎不加衰减。称总声级 通常用A计权网络。计dB(A)51重庆大学车辆工程系（三）噪声控制与减噪措施 控制方法被动控制：除声源外没有其他外加能量输入的方法 吸声 隔声 消声 隔振主动控制:人为加入能量（次级声源或次级力源）加入另一个声源抵消噪声 靠力源抑制结构振动52重庆大学车辆工程系 1.汽车车身结构噪声的控制 设计车身结构注意使车
26、身固有频率避开发动机、底盘固有频率及激励力频率避免主要部分（外板、车顶、地板）局部共振提高车身支撑受力点处刚度，减小振动降低噪声抑制板壳结构件振动：加强肋，加装阻尼材料，涂吸声材料车身支承使用弹性阻尼支承改进外形，尽量减少凸出部件地板上采取隔声、隔热、防振措施，减少传入车内噪声 切断噪声传播途径 改进地板密封性：接缝涂密封胶 前围挡板上的空加密封圈53重庆大学车辆工程系 2.采用降噪材料降低车内噪声（1）吸声（减少声音反射）（用于抑制共鸣）用吸声系数 表示吸声效果。多孔性吸声材料。（如玻璃棉、毛毡、泡沫塑料等）多孔性吸声材料中空隙里空气的振动，由内摩擦和粘滞阻 力，使声能转化为热能。多孔性吸声
27、材料对中、高频噪声的吸声效果好。开孔壁吸声材料 材料上开小孔，小孔后有一定空气层。让声能从小孔进入 空气层，空气层里产生共振而消耗能量。54重庆大学车辆工程系（2）隔声降噪（减少、防止声音透过）用透射损失TL（定义(dB)）来表示隔声效果。由 TL0 20 lg mf 47.5(入射声波垂直与 单层隔壁)可知：隔壁面密度较大（密度大、厚度大），隔 声效果较好；声音效率越高，隔声效果越好。（见图8-44）双层隔壁比单层隔壁效果好。（单层壁的振 动，增加透过声能）壁上的孔应予密封55重庆大学车辆工程系（3）用缓冲减振材料沥青（温度、强度限制，用的少），橡胶，树脂，塑 料，皮革，纤维56重庆大学车辆
28、工程系4 汽车碰撞安全性设计 汽车交通安全事故造成的人员伤亡和财产 损失巨大，已成为一大社会公害。汽车消 费者逐步将安全性指标作为选择汽车的一 个重要参考因素。汽车碰撞安全技术是交通安全的重要内容 之一。应使汽车在碰撞事故中最大限度地 保护乘员。努力做到“车毁人不亡”或 “车伤人不伤”58重庆大学车辆工程系 汽车碰撞事故典型类型单车事故 翻车事故：与车速、路况有关 障碍物碰撞事故正面碰撞尾部碰撞侧面碰撞：较少多车事故：两辆及以上汽车在同一事故中碰撞59重庆大学车辆工程系 汽车碰撞事故造成伤亡人员 车内乘员 由于汽车碰撞导致司乘人员与车内部件碰撞造成。二次碰撞 车外行人 由于汽车对人体直接碰撞造
29、成 一次碰撞 损伤类型 机械损伤、生理损伤、心理损伤 乘室内人员损伤原因 一次碰撞加速度值超过人体耐受极限 外部刚硬物体侵入室内，将乘员挤压伤亡 二次碰撞受伤 乘室刚性不足产生过大变形，乘员缺乏生存空间60重庆大学车辆工程系国内外碰撞机构的组织形式中国的汽车碰撞试验是由政府机构组织(技术监督部门)经办的，它要求企业无偿提供车辆来进行，这中间有任何一方有猫腻(比如政府官员贪污或企业行贿)都会导致试验的虚假。而欧美的碰撞试验则是由社会第三方来进行的，如：欧洲NCAP是一个行业性组织，它由欧洲各国汽车联合会、政府机关、消费者权益组织、汽车俱乐部等组织组成。NCAP不依附于任何汽车生产企业，因此试验的
30、结果具有绝对的公证性和权威性。其所需经费由欧盟提供(厂家做试验时也要付出较高费用)，不定期对已上市的新车和进口车进行碰撞试验，这些试验往往是厂家主动要求的，以保证试验的公正性。试验的方法目前我国实施的GB11551汽车正碰强制标准远远低于欧洲NCAP标准，碰撞实验只有正前方一个方向，正碰速度我国标准为50km/h，碰撞方式的标准为100正面碰撞，此外国内试验中使用的墙壁为可吸收部分能量可变型墙壁。另外欧洲NCAP有车速50公里/小时的侧面撞击，中国没有相关的强制性法规。欧美国家的试验则是有前、后、左、右、上等五个方向。欧洲NCAP的正面碰撞的车速为64 km/h，侧面碰撞的车速为50 km/h
31、。测试结果以星级表示，共有5个星级，星级越高表示该车的安全性能越好，此外，NCAP还要对车辆在保护儿童和行人方面进行测试。因此近年NCAP也将汽车对行人保护程度划分为4星级。NCAP为模仿出现几率最高的两车对撞情况40重叠正碰，而NCAP使用的还是刚性墙壁。另外欧洲还多一个侧面扭曲碰撞：即用一根30公分钢棒以时速50公里撞向车侧。61重庆大学车辆工程系一、对汽车结构碰撞性能提出的要求 汽车对正面固定障碍物的冲击 48.3km/h，转向柱相对于乘坐室向后移动量不得超过12.7cm 风窗玻璃安装条的完整性 燃料系的完整性 车后移动障碍物对汽车的冲击 侧向移动障碍物对汽车的冲击 车顶抗撞压强度 加载
32、力车重1.5倍或22240N两者中较小者，要求试验装置移动量不超过127mm 车内撞击中的乘员保护62重庆大学车辆工程系二、碰撞时人员损伤的评价指标碰撞时人体响应的安全性指标A伤害指数和脑损伤程度胸部忍受撞击性能要求的评价指标下肢忍受的撞击极限性能评价指标63重庆大学车辆工程系三、汽车碰撞时的车身安全性设计 车身结构必须具有缓冲变形功能，以吸收碰撞能量，降低 碰撞加速度和撞击力 应为车内乘员提供生存空间，即车身整体刚度分布应合理 且能够控制，以保证乘坐室撞击时的完整性64重庆大学车辆工程系 正面碰撞的变形区域要尽可能多地吸收撞击能量，变形形 式及变形特性满足一定要求。尾部碰撞，理想碰撞变形特性
33、与前部相同，因车速较低，尾部吸能设计不如前部重要。伤害形式是颈部冲击损伤，尾部区段应尽量软化，座椅头枕要起保护作用。侧面碰撞，撞击部位是车门或立柱。要求具有足够大的刚 性、车门和立柱不发生大的变形。车门内板应柔软或安装 有安全气囊。65重庆大学车辆工程系四、碰撞安全性的设计方法 经验法 以大量的碰撞事例为基础。如转向机构造成驾驶员致命伤害，用弹簧或铰接杆代替刚性直杆 转向柱。周期长、成本高，不能直接为不同类型设计提供有效指导 试验法 试验过程是对典型汽车碰撞过程的物理模拟 周期长、成本高 可分为法规碰撞试验、部件匹配试验、自行开发研究试验 数学分析法 解析法 多刚体动力学法 有限元法66重庆大
34、学车辆工程系五、车身碰撞安全性设计与措施目标：降低法规所规定的伤害指数。1.汽车车身碰撞安全结构设计与措施汽车前部和后部均为弹性结构(即设计成缓冲吸能区),中部为刚性结构,能使乘员免受伤害或减轻伤害影响汽车碰撞人体响应快慢和严重程度的环节碰撞界面缓冲吸能系统安全区保护结构系统转向盘与内饰系统安全气囊安全带与座椅系统67重庆大学车辆工程系汽车车身碰撞的缓冲设计和吸能措施1)采用吸能保险杠系统 金属保险杠和能量吸收机构组 合在一起的系统 利用塑料发泡体及蜂窝状的吸 能系统 硬塑料盒加强梁组合在一起的 吸能系统要求:能量吸收率高、耐久性好且能承 受很大的弯曲和扭转载荷等特 点，能保证在-36+65范
35、围内 吸能性能波动不大，并应符合 质量要求。68重庆大学车辆工程系汽车车身碰撞的缓冲设计和吸能措施 2）汽车头部采用“软”设计结构；采用碰撞时能使发动 机向下移动而不会侵入乘员室的结构设计69重庆大学车辆工程系汽车车身碰撞的缓冲设计和吸能措施 3）采用合适厚度和横截面的薄壁金属制造吸能区构件各种横截面梁的碰撞力对于方形截面的比值截面形状比值(%)重庆大学车辆工程系方形100矩形69六边形107圆形114八边形11570汽车车身碰撞的缓冲设计和吸能措施 4）在吸能区对薄壁构件采用“预变形技术”，使结构的 某些部位弱化或强化，导致整体产生皱褶变形而增大吸收 碰撞能量。对结构进行预变形技术，不能影响
36、构件发挥正常的作用与功能，如支撑或承载71重庆大学车辆工程系汽车车身碰撞的缓冲设计和吸能措施 5）在设计吸能用的薄壁构件和实施焊接工艺时，采用合 理的焊接形式、焊点疏密度以及焊接强度，避免焊点在碰 撞过程中过早脱开。承受碰撞能力11.351.0572重庆大学车辆工程系 6）保险杠与车架之间加上与车架材料相同的波纹管代替 原保险杠支架73重庆大学车辆工程系 2.汽车乘员保护系统设计1）采用带有缓冲装置的安全转向机构，如转向柱采用 缩式中间轴、波纹管式中间轴或断开式中间轴的结构 形式，隔绝一次碰撞；也可采用能量吸收式转向柱来 保护驾驶员免受二次碰撞伤害2）采用座椅安全带、安全气囊等防止乘员二次碰撞3）设计具有足够强度与刚度的座椅4）设计性能良好的座椅头枕来保护乘员头部、颈部免 受伤害或减轻伤害5）对仪表板进行安全性设计6）车身的车顶应有抗撞压的能力74重庆大学车辆工程系
