1、吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,汽车安全技术,詹 军，博士，教授吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,第三章 汽车被动安全性,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,3.1 概 述,定义,汽车被动安全是指在发生事故时保护乘员和步行者，使直接损失降到最小的性能。由于汽车的被动安全性总是与广义的汽车碰撞联系在一起，故又被称为“汽车碰撞安全性”。,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,分类,汽车碰撞分为一次碰撞和二次碰撞汽车与汽车或汽车与障碍物之间的碰撞为一次碰撞车内驾驶员
2、和乘员与车内物体碰撞，称为二次碰撞汽车被动安全性可以分为汽车外部安全性和车内安全性,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,汽车被动安全系统,安全车身结构和乘员保护系统两大类安全车身结构主要是为了减少一次碰撞带来的危害乘员保护系统则是为了减少二次碰撞造成的乘员损伤或避免二次碰撞安全带、安全气囊、吸能转向盘、膝部的缓冲垫、车内饰件软化、仪表的软化以及避免风窗玻璃碎片侵害,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,3.2 安全的车身结构,安全车身功能,必须尽可能地缓和吸收车辆及乘员的运动能量，以缓解乘
3、员受到的冲击在确保乘员的有效生存空间的同时，还必须保证碰撞后乘员易于逃脱和容易进行车外救护,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,汽车碰撞概率分布,碰撞事故的概率分布图（美国）,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,安全车身设计原则,汽车的前后结构要尽可能多地吸收撞击能量控制受压各部件的变形形式，防止车轮、变速器等刚性部件侵入驾驶室,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,保险杠设计,最初保险杠被设计成刚性的，现在多采用吸能保险杠。筒状能量吸收装置利用泡沫材料作为能量吸收体蜂窝状能量吸收装置,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 A
4、DSL of JLU,保险杠设计筒状能量吸收装置,该装置通过油的粘性阻尼力抵抗碰撞，吸收撞击能量能量吸收率高，车身部分变形量小，热敏性能稳定。,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,保险杠设计泡沫材料作为能量吸收体,具有结构简单、重量轻、成本低对上下左右各方向的碰撞均有能量吸收能力等特点,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,保险杠设计蜂窝状能量吸收装置,能量吸收效率较高，但开模费用大，变形后修复困难,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,吸能车身,利用车架的变形来吸收碰撞能量，保证乘员必要的生存空间,吉林大学汽车动态模拟国家重
5、点实验室 ADSL of JLU,典型车身结构,Volvo S80,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,典型车身设计,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,典型车身设计,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,典型车身设计,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,典型车身设计,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,典型车身设计,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,典型车身设计,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,典型车身设计,吉林大学汽车动
6、态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,典型车身设计,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,典型车身设计,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,典型车身设计,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,典型车身设计,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,3.3 汽车座椅安全带系统,功能,汽车座椅安全带是重要的汽车乘员约束保护装置之一，能有效地减轻二次碰撞给人体造成的伤害。统计数据表明，座椅安全带的佩带可以使碰撞事故中乘员伤亡率减少15%30%,吉林
7、大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,安全带功用,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,安全带功用,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,发展历史,1922年汽车座椅安全带开始应用在赛车上1955年以后才开始应用在普通汽车上首先使用二点式座椅安全带的是福特公司，把其作为选装件安装在轿车上1959年，瑞典沃尔沃公司开发了三点式座椅安全带,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,安全带分类,两点式安全带三点式安全带全背式安全带,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,安全带组成,织带带扣卷收器长度
8、调节器,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,安全带功能增强方法,加设织带预拉紧器加设限荷器加设高度调节器加设自动紧急锁止装置,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,预紧器,自动佩戴安全带,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,特殊安全带,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,3.4 安全气囊系统,功能,俗称辅助保护系统（Supplemental Restraint System，SRS系统）在汽车发生碰撞后，乘员与车内构件碰撞前，迅速地在二者之间
9、打开一个充满气体的气垫，使乘员“扑”在气垫上，以缓和冲击并吸收碰撞能量，从而达到减轻乘员伤害程度的目的。,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,功能,气囊可使事故死亡率下降18左右，它与安全带配合使用可使事故死亡率下降47左右,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,汽车安全气囊系统,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,安全气囊组成,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,安全气囊类型,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,组成,控制装置气体发生器气袋,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室
10、 ADSL of JLU,控制装置,控制系统包括传感器，电子控制系统以及触发装置，是安全气囊系统的核心，其功能为控制气囊系统的点火，气囊系统的故障诊断以及判定座位是否有乘员及乘员的类型等。,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,控制装置,传感器用来检测汽车发生碰撞事故的严重程度，它将感测到的信号传给电子控制系统。电子控制系统通过对传感器信号的计算和分析来决定是否启动安全气囊。触发装置接到启动信号后便点爆气体发生器，使安全气囊进入工作状态。,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,控制装置-传感器,传感器用来检测汽车发生碰撞事故的严重程度，它将感测到的信
11、号传给电子控制系统机械式机电式电子式,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,控制装置-传感器,机械式,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,控制装置-传感器,机电式：机械系统作为驱动，引发电点火滚球式滚轴式偏心锤式该类传感器利用势能、摩擦、磁力，以及利用壳体内空气的粘性或油的阻尼来控制响应时间。,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,控制装置-传感器,电子式压电效应式压阻效应式,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,气体发生器,当汽车发生碰撞时，迅速产生大量气体，并给气袋充气固体燃料式气体发生器混合式气体发
12、生器,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,气体发生器-固体燃料式气体发生器,烟火式气体发生器压缩气体式发生器,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,气体发生器-固体燃料式气体发生器,烟火式气体发生器：使用火箭固体推进剂（叠氮化钠（NaN3）,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,气体发生器-固体燃料式气体发生器,压缩气体式发生器是一种采用有机气体或可燃气体混合剂为燃料的纯气体式气体发生器它将氧气、氩气、氦气的高压混合气体储存于一个高压罐内，点火时，火药将高压罐门炸开，高压混合气体被迅速释放，以充满气袋,吉林大学汽车动态模拟国家
13、重点实验室 ADSL of JLU,气体发生器-混合式气体发生器,混合式气体发生器是一种采用少量固体燃料加热储存气体的混合式气体发生器,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,气体发生器-混合式气体发生器,所用材料是无毒，无害物质，在它燃烧过程中没有对乘员造成危险的散粒物发射出来，燃烧以后的残留物大部分（95%）是食盐的代用物。输出特性稳定，在气囊系统的工作环境温度（-35850C）范围内，特别在高温时，其输出特性就更明显。气体发生器的表面温度低，其最高表面温度只比其环境温度高450C左右。出口温度可调，通过改变燃料量和储存气体间的比例来调节。可任意选择气囊织物的材料，并且
14、气囊织物表面不需要涂膜。适应性好，通过改变燃料量和储存气体量，可适应不同类型安全气囊的要求。,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,气袋,气袋一般由袋体织物，内部涂层，抗拉限制带和排气机构组成。,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,安全气囊的分类,按传感器分机械式安全气囊机电式安全气囊电子式安全气囊,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,安全气囊的分类,按保护作用和安装位置分类驾驶员侧气囊（转向盘气囊）前排乘员用安全气囊（仪表板气囊）侧撞安全气囊胸部侧撞安全气囊头部侧撞安全气囊后座椅安全气囊其它安全气囊,吉林大学汽车动态模拟国
15、家重点实验室 ADSL of JLU,安全气囊新技术,开发质量小、折叠体积小的轻小型气囊采用420d的新型尼龙材料无涂层气袋,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,安全气囊新技术,改进气袋的展开模式先展开后膨胀，而不是先膨胀后展开采用全力充气，气袋可以约以89m/s(320km/h)的速度展开，减小了对人体的冲击；对坐姿不正确的，特别是头部离转向器太近的驾驶员的伤害较小,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,安全气囊新技术,开发智能型/自适应安全气囊独立式气体发生器双缸烟火型气体发生器双点火器混合型气体发生器,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 AD
16、SL of JLU,安全气囊新技术,传感器技术传感与诊断模块侧碰撞传感装置乘员位置传感装置座椅位置传感装置座椅安全带传感装置成人临界重量传感器碰撞程度传感器碰撞预警传感器,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,3.5 汽车座椅系统,功能,驾驶员定位保证汽车系统控制和驾驶视野在重要的人体结构点上支撑人体，使乘客在汽车行驶中保持平稳为乘客提供安全舒适的环境，以防受到颠簸路面的影响在汽车受到撞击时保护乘员,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,汽车座椅系统的设计要求,结构设计合理，乘员有良好的坐姿
17、和体压分布，乘坐舒适有足够的刚度和强度。如作为固定安全带的基座，应能承受人的各种动作的作用力(包括车辆碰撞时人的冲击力)有良好的振动特性，适应人体的振动特点座椅在整车上布置应使转向盘和其它操纵机构与驾驶员的距离、视野、头部间隙、腿部间隙等能适应各种不同身材的乘员或驾驶员，且其布置应使在发生撞击时能保证安全结构与制造简单，有良好的经济特性。,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,3.6 转向系防伤机构,伤害原理,由交通事故统计资料和汽车碰撞试验结果的分析表明，汽车正面碰撞时，转向盘、转向管柱是驾驶员受伤的主要元件。
18、布置在汽车前部的转向盘，转向管柱及转向轴在碰撞力的作用下向后移动，而人体在惯性力的作用下又要向前冲，此时，驾驶员的胸部和头部会碰撞到转向盘而受伤。,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,伤害原理,FMVSS 204规定了转向控制装置的向后位移的技术标准GB11557规定：要求汽车在以48.363.1km/h之间的车速正面撞击其他物体的碰撞试验中，转向轴和转向柱管在水平方向的后移量不得大于127mm,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,转向系防伤机构结构原理,隔绝一次碰撞影响的防伤机构隔绝一次碰撞影响的方法是通过转向中间轴的防撞结构来实现的伸缩式转向
19、中间轴波纹管式或网格式转向中间轴可断开式转向中间轴装有钢球的双层管式转向中加轴两段式轴转向器采用弹性联轴节连接,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,转向系防伤机构结构原理,隔绝一次碰撞影响的防伤机构,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,转向系防伤机构结构原理,保护驾驶员免受二次碰撞伤害的防伤机构隔绝二次碰撞影响的方法是通过采用吸收冲击能量的转向盘和转向管柱结构吸能转向盘能量吸收式转向管柱,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,转向系防伤机构结构原理,吸能原理：材料的弯曲、材料的变形、接触摩擦、剪断、折断,吉林大学汽车动态模拟
20、国家重点实验室 ADSL of JLU,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,3.6 新车评价规程（NCAP）,概念,NCAP(New Car Assessment Program）新车评价计划它是一个行业性组织，定期将企业送来或者市场上出现的新车进行碰撞试验，它规定的实车碰撞速度往往比政府制定的安全法规的碰撞速度要高，从而在更严重的碰撞环境下评价车内乘员的伤害程度，根据头部、胸部、腿部等主要部位的伤害程度将试验车的安全性进行分级。,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,发展历史,美国国家公路交通安全管理局(NHTSA)颁布的FMVSS208乘员碰撞
21、保护法规、欧盟重新修订的ECER94.01正面碰撞乘员保护法规、日本运输省颁布的TRAIS11-4-30正面碰撞的安全基准法规,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,发展历史,NCAP最早出现在美国，随后欧洲和日本等国都制订了相关的NCAP。其中欧洲的NCAP(European New Car Assessment Program)最具影响力和代表性。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，由国际汽车联合会(FIA)牵头。,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU
22、,5.4.1 EURO-NCAP,EURO-NCAP的目的,为消费者提供关于车辆安全的客观评价促进汽车制造商进一步改进车辆安全性,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,EURO-NCAP的实验室,法国(UTAC in Montlhery）德国(ADAC in Munich）德国（Bergisch Gladbach)荷兰(TNO in Delft)西班牙(IDIADA in Tarragona）英国(TRL in Berkshire）,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,试验项目,40%的偏置碰，车速64 km/h,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室
23、 ADSL of JLU,试验项目,50km/h侧碰,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,试验项目,29km/h侧面撞杆,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,试验项目,子系统试验,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,测试结果,NCAP的碰撞测试成绩通过星级()表示，共有五个星级，星级越高表示该车的碰撞安全性能越好，达到33分为满分。,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,测试结果,称为五星级，分数33-40分，表示乘员严重伤害的概率小于或等于10%；称为四星级，分数25-32分，表示乘员严重伤害的概率
24、为11%-20%；称为三星级，分数17-24分，表示乘员严重伤害的概率为21%-35%；称为二星级，分数9-16分，表示乘员严重伤害的概率为36%-45%；称为一星级，分数1-8分，表示乘员严重伤害的概率等于或大于46%；,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,行人保护等级,NCAP也将汽车对行人保护程度划分为4星级：分数为28-36分分数为19-27分分数为10-18分分数为1-9分,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,5.4.2 C-NCAP,概念,C-NCAP是将在市场上购买的新车型
25、按照比我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，评价结果按星级划分并公开发布，旨在给予消费者系统、客观的车辆信息，促进企业按照更高的安全标准开发和生产，从而有效减少道路交通事故的伤害及损失。,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,试验项目,正面100%重叠刚性壁障碰撞试验,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,碰撞速度为50km/h51km/h（试验速度不得低于50km/h）。试验车辆到达壁障的路线在横向任一方向偏离理论轨迹均不得超过150mm。在前排驾驶员和乘员位置分别放置一个Hybrid III型第50百分位男性假人，用以测量前
26、排人员受伤害情况。在第二排座椅最右侧座位上放置一个Hybrid III型第5百分位女性假人，用以考核安全带性能。,试验项目,正面40%重叠可变形壁障碰撞试验,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,碰撞速度为56km/h57km/h（试验速度不得低于56km/h），偏置碰撞车辆与可变形壁障碰撞重叠宽度应在40%车宽20mm的范围内。在前排驾驶员和乘员位置分别放置一个Hybrid III型第50百分位男性假人，用以测量前排人员受伤害情况。在第二排座椅最左侧座位上放置一个Hybrid III型第5百分位女性假人，用以考核安全带性能。,试验项目,可变形移动壁障侧面碰撞试验,吉林大
27、学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,移动壁障行驶方向与试验车辆垂直，移动壁障中心线对准试验车辆R点，碰撞速度为50km/h51km/h（试验速度不得低于50km/h）。移动壁障的纵向中垂面与试验车辆上通过碰撞侧前排座椅R点的横断垂面之间的距离应在25mm内。在驾驶员位置放置一个EuroSID II型假人,用以测量驾驶员位置受伤害情况。,评分规则,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,评分规则,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,评分规则,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,评分规则,前排安全带提醒装置（2分
28、）侧气囊和气帘（1分）,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,车型分类,小型乘用车长度小于4m的乘用车，包括小型MPVA类乘用车两厢式乘用车及长度小于等于4.5m或排量不大于1.6L的三厢式乘用车B类乘用车长度大于4.5m且排量大于1.6L的乘用车多功能乘用车MPV（座椅多于2排）运动型乘用车SUV,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,星级划分,50分 5+（）4550分 5（）40且45分 4（）30且40分 3（）15且30分 2（）15分 1（）,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,试验结果,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU,谢谢！,
