Ch3 汽车被动安全技术.ppt

第三章汽车被动安全技术授课廖抒华,汽车被动安全技术,汽车安全防护装置汽车结构安全性,3-1汽车座椅及座椅安全带,汽车安全防护装置,汽车座椅及座椅安全带安全气囊安全转向器安全玻璃,用途保护车内乘员免遭伤害或减轻伤害的程度,一、汽车座椅,图3-1汽车座椅总成图1-头枕总成；2、11-卡簧；3-导管；4-靠背骨架；5-靠背泡沫内芯；6-靠背袋架；7-靠背总成；8-靠背调节器饰板；9-靠背调节旋钮；10-靠背调节器饰板固定销；12-座椅滑动衬块；13-坐垫总成,座椅系统的功能安全性、舒适性、低成本、质量好，美观耐用,座椅系统的结构头枕、靠背、坐垫、座椅总成固定件,座椅的结构,座椅系统的组成,骨架整体式、可翻折式,弹性元件褥垫（填料）蒙面调节机构,二、汽车座椅安全带,安全带使用效果,图3-2汽车安全带效果1-无安全带乘员负伤率；2-有安全带乘员负伤率3-无安全带乘员死亡率；4-有安全带乘员死亡率,图3-3驾驶员与车辆速度的关系v1–碰撞后汽车速度；v2-碰撞后乘员速度Dv-乘员与车厢内二次碰撞速度,驾驶员负伤率可降低4352副驾驶员负伤率可降低3745,定义,安全带是主要的乘员约束系统，可限制车辆前方碰撞以及翻滚过程中人体相对于车体的运动，并可吸收部分冲击能量，达到保护乘员的目的,1.汽车座椅安全带的分类,2.安全带的组成及各部件的作用,两点式安全带（图a）斜挂式安全带（图b）三点式安全带（图c）全背带式安全带（图d）,组成织带、带扣、卷收器、调节件,织带化学纤维编织，宽50mm；厚1.11.2mm。带扣既能把乘员约束在安全带内，又能快速解脱的连接装置。卷收器在汽车正常行驶时允许止带自由伸缩，当汽车速度急剧变化时，锁止机构会保持安全带束紧力约束乘员。,图3-4汽车安全带分类,图3-5汽车安全带的组成1-外侧上部固定点；2-导向板；3-肩带；4-头枕；5-腰带；6-卷收器；7-外侧地板固定点；8-内侧地板固定点；9-锁扣；10-插板,卷收器的作用,卷收器的类型,在安全带长度不同时，收卷、储存织带使用安全带时，乘员不必调节织带长度乘员使用安全带时上半身的动作比较自如为了提高撞车时安全带的约束性能，预先将织带收紧,调节件用于调节织带使用长度的部件。,无锁止式卷收器自动锁止式卷收器紧急锁止式卷收器,,织带敏感式车体敏感式复合敏感式,应用紧急锁止式卷收器,图3-5汽车安全带的组成1-外侧上部固定点；2-导向板；3-肩带；4-头枕；5-腰带；6-卷收器；7-外侧地板固定点；8-内侧地板固定点；9-锁扣；10-插板,3.安全带的使用注意事项,常检查一人用,用后收配座椅中性洗,护儿童使用好,3-2安全气囊,一、安全气囊设计的基本思想,安全气囊最大容许时间从汽车碰撞开始算起，气囊涨开所需的总时间16km/h的速度与刚壁正碰→传感器探测信号→气体发生器引爆装置→引爆后快速生成气体→气体充入气囊→气囊涨开150mm转向柱系统最小临界压缩力1.1kN2.5kN转向柱断开联接盒的分离力注塑销的破坏力500N/个吸能式转向柱除了能够保证规定的压缩变形力外，还要有足够的抗弯曲强度以提高轴向吸能效果吸能式转向柱压缩吸能部分的上、下端应分别连接在车身上强度和刚度有一定差异的部位，以保证压缩吸能力的传递,F2较大时，会导致转向柱从车身上脱离F2增大会使驾驶员胸部所受的碰撞分力加大，是吸能缓冲效果下降,讨论当F不变而q变大时，吸能力F1略有下降，而F2却大幅上升,能量吸收式转向柱的主要参数,3-4汽车结构与被动安全性,汽车碰撞类型,正面碰撞；侧面碰撞；追尾碰撞。,车身不同部位刚性对安全性的影响,一、汽车碰撞类型及不同部位刚性对其安全性的影响,图3-24汽车碰撞事故的机率分布,图3-26Sigma轿车车身1车身前部；2车身中部；3车身后部,图3-25车身不同部位刚性对安全性的影响,二、车身结构的有限元分析,模型计算与实测值比较,有限元模型,图3-27两门轿车左侧车体有限元模型a）车身形状；b）车身有限元划分,图3-28挠度的计算值与试验值1、2对应前、后轴的位置；3、5分别指前后纵梁；4门槛；实线计算值；虚线试验值,图3-29两种情况下边梁模拟变形情况,图3-30两种情况下的载荷变化曲线,边梁模拟变形情况,3、车身结构的有关安全措施,吸能式保险杠,吸能车架结构,车身侧面和顶部措施,车身结构安全性设计的主要内容,汽车结构安全性设计的主要原则,车身结构设计必须确保驾驶员的视野和视认性,措施车身布置及结构设计应使车身各支柱，特别是前风窗支柱对驾驶员的视野性妨碍应最小，后视镜的设计要确保后方视野性的要求,三、车身结构安全性设计,汽车车身结构碰撞安全性设计,车身碰撞安全性定义即是减小由于碰撞造成乘员伤害的程度或车身保护乘员的性能,车身结构安全性设计须具备的功能性要求,碰撞能量须能被指定结构部位分级吸收，确保乘员生存空间防止碰撞导致的乘员与室内部件的撞击，减小乘员的伤害碰撞后乘员易于逃生或进行车外救护，避免二次破坏或伤害,汽车被动安全技术,汽车结构安全性汽车安全防护装置,一碰撞安全的车身结构,利用车身前、后部构件的变形有效地吸收碰撞能量，而车身座舱坚固可靠，从而保证乘员的有效生存空间,2.车身变形区特性,1.车身结构碰撞安全的设计原则,车身前、后部结构要尽可能多地吸收碰撞能量，使碰撞过程中作用于乘员上的力和加速度降到规定的范围内车身前、后部构件在碰撞中产生变形应根据碰撞强度逐级发生，控制受压各构件的变形形式，防止车轮、发动机、变速箱等刚性部件侵入座舱，同时也有利于车身的修复车身座舱结构必须坚固可靠，事故中保证乘员安全,图3-31安全座舱结构,图3-32车身前部碰撞变形的模拟,二车身前部结构的碰撞安全性,车身前部正面碰撞时的理想变形特性曲线,1.车辆正面碰撞特性,第Ⅰ变形区既可保护行人，也可避免低速下车辆的破坏性第Ⅱ变形区为相容区，保证两车相撞时，具有最佳的能量吸收特性和分布第Ⅲ变形区为自身保护区，用于撞击固定障碍（如墙壁）时对座舱完整性的保护,图3-33车身前部理想变形特性曲线,结构安全措施,车身前部压溃变形以吸收碰撞能量，缓解碰撞加速度,加固座舱前壁结构，确保座舱生存空间利用安全带、安全气囊保护系统，避免二次碰撞造成的伤害,2.车身前部结构吸收碰撞能量的机理,讨论车身前部的能量吸收能力与碰撞中前部变形部分的结构质量有关，变形部分质量越大，则所吸收的碰撞能量越强,图3-34a变形过程模拟比较（弯曲模式、压溃模式）,吸收碰撞能量的方式弯曲变形、压溃变形,正面碰撞时，车身前部吸收的能量,结构形式对吸收效果的影响,图3-34b能量吸收效果比较（载荷曲线）,图3-34c凸（凹）台的结构形式,图3-34d前纵梁的有限元模型及变形后的形状,2.吸能结构设计要点,在梁上设置易于轴向压溃的结构要素，如图3-35所示,3.加强座舱结构强度的措施,纵梁车架局部制成波纹管状增加梁上弯曲部分的板厚，局部加强控制弯曲变形，设置轴向布置的加强筋,图3-35车身梁构件上设计易于轴向压溃的结构要素,图3-36碰撞载荷的纵向传递,提高座舱梁框架的承载能力合理传递碰撞载荷（图3-36叉型或三叉型布置结构）,图3-38座舱的加强梁框架,图3-37碰撞时发动机下移示意奔驰A级车,1993年,4.防止车辆前部部件侵入座舱内,采取结构措施使刚性部件碰撞时下移，如图3-37所示,注意燃油箱的保护,提高侧面结构的抗撞击强度，减小碰撞凹陷变形，保证座舱的完整性及生存空间,三车身后部结构的碰撞安全性,四车身侧面结构的碰撞安全性,特点车身侧面碰撞时允许的变形空间小,汽车侧面碰撞结构安全性设计的主要原则,保证侧面碰撞下座舱完整性的结构设计,合理设计座舱梁框架结构，将侧撞力传递到车身结构上具有承载能力的梁、柱、门槛、地板、车顶及其他构件上,图3-39车门横向加强梁,保证侧面碰撞下座舱完整性的结构设计（续）,五车辆翻车时的结构安全性,增设车门横向加强梁,增加车身侧围框架的抗撞击强度及各梁构件之间的连接强度增加门槛强度,增大门槛梁的断面面积在封闭断面内设置加强板用发泡树脂填充门槛梁的空腔,加强地板中部的地板通道，提高车身抗弯强度合理设计及布置门锁与铰链，加强铰链连接强度，保证将车门受到的撞击力有效地传递到立柱上,要点保证侧翻后座舱的生存空间,加强车顶梁及立柱的强度在车顶设置横向支撑梁构件,措施,3-5其他乘员保护技术,一、安全玻璃,表3-1光控制用窗玻璃的功能与内容,要求车窗玻璃爆裂后不能伤害乘客和行人，强烈撞击时乘客不会发生被抛出车外的危险。,应用聚氨酯胶合车窗。发展趋势光控制用功能性玻璃,二、安全头枕,功用在汽车发生碰撞事故（尤其是受迫追尾碰撞）时，可抑制乘员头部后倾，以防止或减轻对颈部的伤害。,头枕性能要求（GB11550-95）,位置和尺寸要求,沿平行于躯干基准线测量头枕的顶端到R点的长度，驾驶员座椅700mm，其他座椅650mm由头枕顶端沿平行于躯干基准线方向向下65mm处或者由R点沿平行于躯干基准线向上635mm处，头枕的外型宽度以座椅中心面为对称面，左右宽各85mm,头枕按规定的实验方法实验时，头型移动量必须102mm，将载荷加至890N时，头枕及其安装部件在座椅及靠背等损坏前不能破损或脱落头枕按规定的实验方法实验时，加给摆锤头型的减速度，连续超过80g的时间必须3ms,强度和吸能性要求,三、行人安全保护,四、吸能内饰和阻燃内饰,五、儿童安全保护锁,应用车外行人气囊保护系统。,