汽車被動安全性

1、汽車被動安全性一、車輛事故分析和被動安全性的評價(jià)方法二、車內(nèi)被動安全性三、外部被動安全性四、被動安全性試驗(yàn)一、車輛事故分析和被動安全性的評價(jià)一、車輛事故分析和被動安全性的評價(jià)方法方法 ( (一一) )分析車輛事故分析車輛事故 道路交通事故的統(tǒng)計(jì)和分析是研究汽道路交通事故的統(tǒng)計(jì)和分析是研究汽車被動安全性基礎(chǔ)。根據(jù)事故統(tǒng)計(jì)，了車被動安全性基礎(chǔ)。根據(jù)事故統(tǒng)計(jì)，了解事故與氣候、道路、時(shí)間以及駕駛員解事故與氣候、道路、時(shí)間以及駕駛員和車外人員的年齡等的關(guān)系和車外人員的年齡等的關(guān)系( (影響因素影響因素) )，并找出發(fā)生頻數(shù)最多的那一部分事故并找出發(fā)生頻數(shù)最多的那一部分事故( (即即所謂所謂“典型事故典型

2、事故”），便于集中力量進(jìn)），便于集中力量進(jìn)行研究。行研究。 圖圖4-62 右側(cè)通行的轎車碰撞右側(cè)通行的轎車碰撞事故類型分布事故類型分布 正面碰撞占正面碰撞占64以上，以上，其中其中50%是車前左側(cè)是車前左側(cè)（右側(cè)通行）。（右側(cè)通行）。側(cè)面碰撞是第二種常側(cè)面碰撞是第二種常見事故類型。見事故類型。大客車追尾碰撞比例大客車追尾碰撞比例高于轎車，大客車右高于轎車，大客車右后角更容易被碰撞。后角更容易被碰撞。1.1.碰撞部位分布碰撞部位分布側(cè)部前部左前部右前部正前部后部側(cè)翻翻滾圖圖4-62 轎車碰撞事故類型分布轎車碰撞事故類型分布 從撞車速度來看，正從撞車速度來看，正面撞車速度高于側(cè)向面撞車速度高于側(cè)向

3、撞車和追尾碰撞。撞車和追尾碰撞。有有50%以上的正面碰以上的正面碰撞事故的速度高于撞事故的速度高于60km/h，而，而90的追的追尾碰撞事故的速度低尾碰撞事故的速度低于于30km/h。事故中頭、胸、下腹和事故中頭、胸、下腹和脊椎等部位傷害是主要脊椎等部位傷害是主要致死原因。致死原因。 轎車各個(gè)座位的危險(xiǎn)系數(shù)轎車各個(gè)座位的危險(xiǎn)系數(shù)圖圖4-63 撞車中轎車駕駛員受傷過程撞車中轎車駕駛員受傷過程 圖圖4-64 撞車中轎車前排乘客受傷過程撞車中轎車前排乘客受傷過程 受傷部位分布受傷部位分布撞車中轎車前排乘客撞車中轎車前排乘客無安全帶無安全帶/ /有安全帶受傷過程有安全帶受傷過程1-頭頭2-面部面部3-

4、頸頸4-胸部胸部5-上肢上肢6-腹部腹部7-下肢下肢 圖圖4-65 事故中轎車乘員身體各部位受傷分布事故中轎車乘員身體各部位受傷分布事故中轎車乘員身體各部位受傷分布事故中轎車乘員身體各部位受傷分布汽車和自行車碰撞時(shí)速度多在汽車和自行車碰撞時(shí)速度多在4050km/h，而與摩，而與摩托車碰撞速度則高得多，往往超過托車碰撞速度則高得多，往往超過65km/h。大多數(shù)行人是在交叉路口和道路入口處從側(cè)面被汽大多數(shù)行人是在交叉路口和道路入口處從側(cè)面被汽車正面所撞。車正面所撞。轎車平均碰撞速度不超過轎車平均碰撞速度不超過35km/h。汽車速度超過汽車速度超過40 km/h，則常會導(dǎo)致行人死亡。，則常會導(dǎo)致行人

5、死亡。載貨汽車，載貨汽車，20km/h的速度已可使行人頭部受到致的速度已可使行人頭部受到致命傷害。命傷害。評價(jià)被動安全性的最簡單指標(biāo)是評價(jià)被動安全性的最簡單指標(biāo)是“事故嚴(yán)重程度因事故嚴(yán)重程度因素素”F，即，即/sshFNN Ns事故中死亡人數(shù)事故中死亡人數(shù)(當(dāng)場死亡或事故后存活當(dāng)場死亡或事故后存活不超過不超過7晝夜的晝夜的)； Nsh事故中的受傷人數(shù)。事故中的受傷人數(shù)。各國統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，各國統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，般在般在1/51/40范圍內(nèi)。范圍內(nèi)。衡量道路交通事故嚴(yán)重程度的指標(biāo)還有每衡量道路交通事故嚴(yán)重程度的指標(biāo)還有每10萬居民、萬居民、每每1000000km行程、每萬車的事故死傷人數(shù)。行程、每萬車

6、的事故死傷人數(shù)。考慮到事故中的傷亡情況的差異，前蘇聯(lián)學(xué)者提出考慮到事故中的傷亡情況的差異，前蘇聯(lián)學(xué)者提出了了“危險(xiǎn)系數(shù)危險(xiǎn)系數(shù)k”的概念，即的概念，即Nq輕傷人數(shù)；輕傷人數(shù)；Nz重傷人數(shù)；重傷人數(shù)；No未受傷人數(shù)；未受傷人數(shù)；k1、k2、k3加權(quán)系數(shù)，取加權(quán)系數(shù)，取k1 =0.015，k2=0.36， k3 =1 123()/()qzsqzsokk Nk Nk NNNNN事故中人體內(nèi)傷和腦損傷與減速度直接有關(guān)，骨折與作用力有關(guān)，組織損傷與剪切應(yīng)力有關(guān)。研究汽車內(nèi)部被動安全性的重要內(nèi)容是降低人體的減速度。圖4-66 汽車與固定障礙相撞時(shí)減速度的變化a)平均減速度沿車長方向分布b)質(zhì)心處減速度隨時(shí)

7、間變化過程 在轎車發(fā)生正面碰撞或碰撞固定障礙物時(shí)，前部出現(xiàn)特別大的平均減速度jcp(300400)，向后逐漸降低。其質(zhì)心位置的平均減速度jcp為4060，瞬時(shí)值可達(dá)80100g。1.安全車身圖4-67 轎車各部不同的剛度(乘坐區(qū)剛度大,保證乘員的生存空間)為了降低正面碰撞時(shí)的減速度，在轎車前部做成折疊變形區(qū)(圖4-67)。這樣，在撞車時(shí)可提供400mm700mm的變形行程，通過前部折疊區(qū)的變形來吸收撞車時(shí)的動能。圖4-68 轎車前部變形力梯度特性折疊區(qū)的變形力應(yīng)滿足梯度特性。即可分為五個(gè)區(qū)行人保護(hù)低車速保護(hù)對事故對方共存保護(hù)自身保護(hù)(針對本車乘員)生存空間圖4-68 轎車前部變形力梯度特性變形

8、力從前向后逐漸增加，使得撞車力較小時(shí)，變形僅限于前部零件。1.安全車身圖4-67 轎車各部不同的剛度(乘坐區(qū)剛度大,保證乘員的生存空間)后部撞車的速度較低，轎車后部折疊區(qū)的變形過程約為300500mm。備胎后置有助于減小沖撞加速度，而油箱位置則必須避開折疊區(qū)。行李箱蓋邊緣不能穿過后窗而撞入車內(nèi)。側(cè)向碰撞時(shí)，由于碰撞部位的裝飾件和結(jié)構(gòu)件允許的變形行程很小，吸引能量的能力遠(yuǎn)小于前部和后部，因而引起的車內(nèi)的嚴(yán)重變形對乘客傷害的危險(xiǎn)性很高。傷害危險(xiǎn)性很大程度上取決于轎車側(cè)部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度(立柱和車門的聯(lián)接、頂部及底部與立柱的聯(lián)接)、底板橫梁和座椅的承載能力以及門內(nèi)板的設(shè)計(jì)。應(yīng)保證主撞車不致侵入被撞車的乘員空

9、間。轎車駕駛員和前排乘客多用三點(diǎn)式安全帶后排乘客或載貨汽車、大客車乘員也有用腰部安全帶的，賽車乘員則用四點(diǎn)式。2.限制乘員位移圖4-70 安全帶形式安全帶的慣性式鎖緊裝置只要拉伸速度超過設(shè)計(jì)速度就可以把安全帶拉緊。腰部固定點(diǎn)承載能力不應(yīng)低于22.7kN，肩部固定點(diǎn)則應(yīng)高于22.9kN。在正常行駛時(shí)，安全帶可以任意伸長而不妨礙駕駛員的操作和乘員的基本活動。圖4-71 安全帶效果無安全帶的死亡事故在使用了安全帶以后可轉(zhuǎn)化為重傷或輕傷。圖4-72 以50km/h撞墻試驗(yàn)時(shí)汽車與乘員減速度變化情況50km/h撞墻試驗(yàn)時(shí)乘員頭部的減速度如右圖，三點(diǎn)式安全帶可使頭部減速度降低一半。為了避免在嚴(yán)重事故時(shí)乘員

10、過分前移，在安全帶上增設(shè)了收緊器。在碰撞時(shí)收緊器被觸發(fā)收緊作用的時(shí)間約為5ms乘員最大前移距離約1cm因而減小了汽車和乘員間的速度差。前部氣囊(airbag)在發(fā)生碰撞時(shí)，被以突然爆炸方式充氣，在乘員與氣囊接觸前充滿。氣囊與乘員接觸時(shí)，立即部分泄氣，并以生理上可承受的表面壓力和減速力，柔和地吸收能量，這時(shí)至少在很大程度上可以減小乘員頭部和胸部損傷。駕駛員前部氣囊容積5060L，應(yīng)在3035ms時(shí)間內(nèi)充滿氮?dú)?；副駕駛前部氣囊容積100140L，要求在50ms內(nèi)充滿。圖4-73 乘員前部防護(hù)1-安全帶收緊器2-前排乘員氣囊3-駕駛員氣囊4-傳感器和備用電源駕駛員的最大前移空間通常為12.5cm，氣

11、囊放氣時(shí)間約100ms，碰撞和能量吸收全過程約在150ms內(nèi)完成。安全氣囊安全氣囊 安全氣囊可以不必限制乘客的正常活動。安全安全氣囊可以不必限制乘客的正?；顒?。安全氣囊的作用情況，傳感器氣囊的作用情況，傳感器1 1在撞車發(fā)生時(shí)可感知車身在撞車發(fā)生時(shí)可感知車身變形和減速度，撞車信號通過引爆裝置變形和減速度，撞車信號通過引爆裝置2 2使氣體發(fā)生使氣體發(fā)生器器3 3產(chǎn)生了高壓氮?dú)夂蜌鍤膺M(jìn)入安全氣囊產(chǎn)生了高壓氮?dú)夂蜌鍤膺M(jìn)入安全氣囊4 4。氣囊可。氣囊可在在50ms50ms內(nèi)充氣完畢，保護(hù)乘客的頭部和上身。事故內(nèi)充氣完畢，保護(hù)乘客的頭部和上身。事故發(fā)生后經(jīng)過發(fā)生后經(jīng)過100ms100ms，氣囊的氣體通過

12、專門的孔放出，氣囊的氣體通過專門的孔放出，乘客可以自由活動。使用安全氣囊的缺點(diǎn)是在放氣乘客可以自由活動。使用安全氣囊的缺點(diǎn)是在放氣時(shí)形成時(shí)形成160160180dB180dB的聲壓，另外成本高。的聲壓，另外成本高。安全氣囊的作用情況安全氣囊的作用情況側(cè)面氣囊裝在車門或座椅架上由于乘員與向內(nèi)移動的汽車部件之間距離很小，所以容積為12L的側(cè)面氣囊響應(yīng)時(shí)間不得超過3ms，充滿時(shí)間應(yīng)小于10ms。影響安全帶收緊器和氣囊保護(hù)效果的決定因素是在準(zhǔn)確的時(shí)間觸發(fā)。就氣囊來說，要使乘員在氣囊仍然處于充滿狀態(tài)并開始放氣時(shí)與其接觸。電子控制的觸發(fā)裝置通過加速度傳感器來檢測碰撞過程中減速力的大小，在識別碰撞類型后（如

13、正面、橫向或成一定角度碰撞），迅速準(zhǔn)確觸發(fā)氣囊和安全帶收緊器，引爆氣體發(fā)生器。側(cè)面氣囊利用壓力傳感器來檢測側(cè)向碰撞造成車門變形引發(fā)的壓力上升，觸發(fā)氣體發(fā)生器。兩側(cè)使用相互獨(dú)立的傳感器，分別檢測各自的壓力，決定是否觸發(fā)。3.消除部件致傷因素在乘坐區(qū)設(shè)計(jì)時(shí)必須保證在乘員生存空間內(nèi)沒有致傷部件。由于人體尺寸的差異，乘員乘坐姿勢的不同，生存空間的形式也各不相向。圖4-74 生存空間 在圖中畫出了在撞車前和撞車后零件變形界限。圖4-74 生存空間 界限1-1將引起輕傷，界限2-2導(dǎo)致重傷，3-3將是致命的。儀表板下部、轉(zhuǎn)向盤和擋風(fēng)玻璃引起傷害的事故頻數(shù)較高。儀表板下部應(yīng)安裝膝部緩沖墊。擋風(fēng)玻璃應(yīng)采用鋼化

14、玻璃或夾層玻璃。轉(zhuǎn)向盤可采用彈性有波紋的結(jié)構(gòu)，并且盤緣可變形，轉(zhuǎn)向柱能彎曲或伸縮。乘員室內(nèi)各種部件應(yīng)軟化，材料的燃燒速度要小。在轎車與行人碰撞過程中，首先行人腿部撞到保險(xiǎn)杠上，然后骨盆與發(fā)動機(jī)罩前端接觸，最后頭部撞到發(fā)動機(jī)罩或擋風(fēng)玻璃上。這時(shí)行人被加速到車速，這就是所謂的“一次碰撞”。車速越高，頭部撞擊點(diǎn)越靠近風(fēng)擋玻璃。由于汽車制動使行人與汽車分離，行人以與碰撞速度相近的速度撞到路上，這是“二次碰撞”。1.轎車與行人的碰撞圖4-75 撞人事故中行人動態(tài)示意圖在有的事故中還發(fā)生行人被汽車輾壓。這是“三次碰撞”。決定行人傷害嚴(yán)重程度的主要因素是一次碰撞的部位和汽車與人體碰撞的部件形狀、剛度。圖4-

15、76 行人/轎車碰撞結(jié)果統(tǒng)計(jì)汽車前部的形狀參數(shù)和剛度對碰撞的影響汽車前部的形狀參數(shù)和剛度對碰撞的影響 汽車前后均應(yīng)裝保險(xiǎn)杠。設(shè)計(jì)合理的保險(xiǎn)杠不僅應(yīng)考慮內(nèi)部被動安全性，也要顧及外部被動安全性。 從減輕事故中受傷程度看，行人與保險(xiǎn)杠的碰撞部位在膝蓋以下為好，希望保險(xiǎn)杠降低。保險(xiǎn)杠過低，會加大頭部在發(fā)動機(jī)罩或擋風(fēng)玻璃上的撞擊速度。 保險(xiǎn)杠高度取為330350mm是合適的，可保證大部分行人的碰撞部位發(fā)生在膝蓋以下。 保險(xiǎn)杠應(yīng)該沒有尖角和突出部，并且適當(dāng)軟化。從安全角度看，發(fā)動機(jī)罩前端圓角半徑應(yīng)大些，機(jī)罩高度低，擋風(fēng)玻璃傾角小。在頭部撞擊區(qū)要求妥善軟化，并且取消突出部，如雨刷在停止?fàn)顟B(tài)時(shí)應(yīng)位于發(fā)動機(jī)罩下

16、，不設(shè)導(dǎo)雨槽等。載貨汽車與轎車相比，其質(zhì)量、剛度和尺寸都要大得多，在與轎車正面相撞時(shí)，轎車損壞比載貨汽車嚴(yán)重得多。特別是兩者尺寸相差懸殊時(shí)，轎車往往“楔入”載貨汽車下面，轎車的前部折疊區(qū)不能發(fā)揮作用，而導(dǎo)致乘坐區(qū)受到破壞。故對于尾部離地高度不小于700mm車輛應(yīng)裝后保險(xiǎn)杠，保險(xiǎn)杠安裝高度一般為380560mm。尾部緩沖裝置2.載貨汽車的外部被動安全性載貨汽車與行人相撞造成的傷亡遠(yuǎn)比轎車嚴(yán)重。這是因?yàn)橐淮闻鲎仓校瑹o論是長頭還是平頭駕駛室的載貨汽車，都不可能存在轎車事故中的行人身體在發(fā)動機(jī)罩上翻轉(zhuǎn)過程，而是在很短時(shí)間內(nèi)行人被加速到貨車速度，易于造成人的傷亡。駕駛室上突出的后視鏡、駕駛員踏板以及保險(xiǎn)

17、杠也容易使行人頭部、骨盆和大腿受傷。汽車被動安全性試驗(yàn)應(yīng)盡量再現(xiàn)典型的公路撞車事故的現(xiàn)象。試驗(yàn)中需要測量車輛的變形、減速度及負(fù)荷。必要時(shí)在車內(nèi)設(shè)置試驗(yàn)用假人，測定有關(guān)部位的負(fù)荷及變形情況。圖4-77 正面全寬碰撞試驗(yàn)固定障壁，50km/h實(shí)車正面碰撞試驗(yàn)時(shí)采用固定障壁，障壁布置有全寬如40%重疊偏置兩種，見圖4-77和圖4-78。圖4-78 正面40%重疊偏置碰撞試驗(yàn)蜂窩狀鋁合金變形障壁，56km/h 5-攝影機(jī)從右側(cè)攝試驗(yàn)車A和移動障壁6-攝影機(jī)從左側(cè)攝試驗(yàn)車A移動情況7-試驗(yàn)車A發(fā)動機(jī)罩上方攝影機(jī)觀察前面假人8-試驗(yàn)車A側(cè)面攝影機(jī)觀察前面假人移位9-試驗(yàn)車A側(cè)面攝影機(jī)觀察后面假人移位10-24幅/s實(shí)時(shí)攝影機(jī) 圖4-79 側(cè)向碰撞試驗(yàn)1-上方攝影機(jī)攝試驗(yàn)車A動態(tài)性能2-上方攝影機(jī)攝碰撞平面3-移動障壁B上的攝影機(jī)攝碰撞點(diǎn)4-移動障壁B上的攝影機(jī)攝碰撞邊側(cè)向碰撞試驗(yàn)采用移動變形障壁。試驗(yàn)車A靜止，移動障壁B向前運(yùn)動，運(yùn)動方向與試驗(yàn)車中軸線成63角，速度53km/h。圖示為碰撞左側(cè)的情況，碰撞右側(cè)與此類似，移動障壁的碰撞材料為鋁制蜂窩狀材料。圖4-79 側(cè)向碰撞試驗(yàn)正面碰撞中的試驗(yàn)車以及側(cè)向碰撞中的移動障壁可用電機(jī)牽引加速，也可用牽引車牽引加速。為了確定碰撞試驗(yàn)中車內(nèi)乘員所受傷