吉林大学汽车工程学院

吉林大学汽车工程学院文献阅读综述学号2009422105姓名王秋林专业车身工程导师那景新完成时间2010年9 月28 日汽车工程学院2010年9月28一汽车被动安全性研究概述1 汽车安全问题汽车安全、节能和环保问题已成为当今汽车工程领域三大具有重要社会、经济意义的研究热点，并且得到了有关政府部门的高度重视。

汽车安全性一般分为主动安全性、被动安全性、事故后安全性和生态安全性。

主动安全性，又称积极安全性，主要是指汽车防止或减少道路交通事故发生的性能；被动安全性，又称消极安全性，是指交通事故发生后，汽车减轻人员伤害程度或货物损失的能力。

由于汽车被动安全性总是与广义的汽车碰撞事故联系在一起，故又称为“汽车碰撞安全性”；事故后安全性是指汽车能否迅速消除事故后果、同时避免新的事故发生的性能；生态安全性是指发动机排气污染、汽车行驶噪声和电磁波等符合标准、不给环境造成危害的性能。

而习惯上我们把汽车的安全性简单理解为主动安全性和被动安全性两大类。

（1）主动安全性（Active Safety）所谓主动安全性是指在交通事故发生前采取的安全措施，这些措施应尽可能的避免交通事故的发生，是使汽车能够识别潜在的危险因素自动减速，或当突发因素作用时，能够在驾驶员的操纵下避免发生交通事故的性能。

目前，已发展成熟的主动安全性装置和技术主要包括：车轮防抱死制动系统(ABS)、牵引力控制系统(TCS)、主动悬架、四轮转向、四轮驱动、车距雷达报警系统和汽车全球定位导航系统(GPS)等。

但是，汽车主动安全性并不能完全预防大部分交通事故的发生，因此提高汽车本身在发生交通事故时保护乘员、行人免受或减轻伤亡的汽车被动安全性也是汽车安全研究的主要课题。

（2）被动安全性（Passive Safety）所谓被动安全性是指当汽车发生不可避免的交通事故后，能够对车内乘员或车外行人进行保护，以免发生伤害或使伤害减低到最低程度的性能。

汽车被动安全性研究着眼于如何合理地进行车身结构安全性设计，利用车身结构的变形尽可能地吸收能量以减少对乘员的冲击和防止车厢的变形。

同时，又要利用乘员约束系统，防止和减少乘员与车厢部件发生再次冲击造成的“二次伤害”。

车身结构的安全性设计和乘员约束系统的采用，两者相辅相成，密不可分。

汽车碰撞安全性问题自汽车诞生以来就存在，但早期由于车速过低，车辆相对较少而未引起人们的重视。

随着汽车工业的发展，汽车保有量的急剧增加和车速的提高，汽车碰撞事故越来越多。

交通事故不仅威胁着人类的生命，同时也给人们带来诸如心理、精神、法律诉讼等多方面的问题，道路交通事故己成为深刻的全球性社会问题。

如何提高汽车在碰撞过程中的被动安全性能, 最大限度地避免或减轻乘员在汽车碰撞中的伤亡将成为汽车被动安全性研究的重要课题。

2 汽车被动安全性研究内容汽车的被动安全性研究在国外开始于上世纪六十年代，并随着计算机技术和试验手段的提高取得了长足的发展。

作为推销汽车产品的重要依据和用户优先考虑的条件之一，提高汽车的被动安全性在许多生产厂家都倍受重视，美国、日本和西欧等国家和地区的汽车制造公司都有专门的技术员采用最先进的计算机及试验设备从事被动安全性的试验和研究工作。

目前，汽车被动安全性研究内容包括车身结构耐撞性研究、人体碰撞生物力学研究、乘员约束系统及安全驾驶室内饰组件开发研究等。

（1)汽车结构耐撞性研究，汽车结构耐撞性研究主要是研究客车特别是轿车和微型客车的车身结构对碰撞能量的吸收特性，寻求改善车身结构耐撞性的方法，使得车身结构在外力冲击下能以预计的方式变形，其变形量能控制在一定的范围内，在保证乘员安全空间的前提下，车身变形吸收的能量最大，从而使传递给车内乘员的碰撞能量降低到最小，尽可能使乘员所受到的减速度最小。

（2)人体碰撞生物力学研究，人体碰撞生物力学主要围绕人体各部位在不同形式下的伤害机理、人体各部位的伤害极限、人体各部位对碰撞载荷的机械响应特性以及碰撞实验用人体替代物展开研究。

（3)乘员约束系统及安全驾驶室内饰组件的开发研究，主要研究不同形式的安全带和安全气囊的机械特性，以获得最优的约束性能，使人体避免与驾驶室内饰组件发生二次碰撞；研究开发安全座椅，吸能式转向器、安全仪表板、内装饰组件的吸能衬垫材料，使得人体与之发生二次碰撞时，所受到的伤害最小。

3 汽车被动安全性研究方法被动安全性研究的方法目前主要有两类:一是通过试验检验整车及相关安全部件如乘员舱的耐撞性，这类研究主要是汽车生产商测试整车及安全部件是否符合各国相应的安全法规;另一类是基于有限元理论的汽车碰撞性能数值仿真。

从降低成本，人为改变实验环境等需要出发，往往采用仿真试验方法。

（1）试验研究汽车被动安全性研究最早是通过试验来进行的。

有关汽车被动安全性的试验有台架冲击试验、台车碰撞模拟试验和实车碰撞试验。

台架冲击试验主要用来模拟人体的不同部位与车辆有关部件之间的碰撞，以评价车辆部件本身的安全性能。

如为了满足FMVSS203法规的要求，人们常采用形状和质量类似人体躯干的质量块冲击转向器，测量转向器与人体产生的碰撞力的大小。

台车碰撞模拟试验主要用来对车内乘员约束系统进行性能评价，其原理是利用可的机构(如缓冲器、程序器、活塞针阀等)使台车获得可重复的、接近于实车碰撞的减速度波形。

实车碰撞试验主要用来对已开发出的成品车型进行按法规要求的试验，以鉴定其是否达到法规要求，如FVSSZ204(转向控制装置的向后位移)、FMVSS208(乘员碰撞保护)、FMVSSZ12(挡风玻璃的安装固定)、FMVSS301(燃油系统完整性)等，都要求进行速度为48km儿的实车与固定障壁的前碰试验。

与实车碰撞试验不同，台车碰撞模拟试验不仅要控制碰撞速度，也要控制减速度波形，而实车碰撞试验只控制碰撞速度。

无论是台车碰撞模拟试验还是实车碰撞试验，都涉及到试验数据的采集与处理，常用的是电测量和光测量相结合的数据采集系统。

此外，试验中要还用到大量的传感器和数台高速摄像机。

这些数据采集系统以及试验中采用的假人在试验前都要进行严格的标定，因此试验准备十分费时。

另外，被动安全性试验特别是整车试验都是破坏性试验，所需费用十分昂贵;并且，由于试验中有一些随机因素的影响，往往使试验结果不够稳定，可重复性差。

随着计算机技术在计算速度、内存容量和图形功能等方面的迅猛发展，以及有限元和多体系统动力学建模方法的不断完善，使得采用计算机仿真方法来进行汽车被动安全性研究成为可能。

a)实车碰撞试验实车碰撞试验是综合评价汽车安全性最直接和最基本的方法，是新产品开发必须进行的试验。

但试验费用昂贵，难以进行重复试验，通常在新产品试制和认证时进行。

试验方法可分为用固定壁或可动壁进行车辆的单独撞车试验、车对车撞车试验及车辆的单独翻车试验三种b)台车碰撞试验台车碰撞试验是一种模拟实车碰撞的试验。

在台车与刚性墙之间安装有缓冲吸能装置，台车通过缓冲吸能装置与刚性墙发生碰撞。

主要通过设计缓冲吸能装置使台车减速度曲线模拟实车碰撞的减速度曲线和达到法规试验要求的台车减速度曲线。

通过台车碰撞试验可以进行乘员保护装置的性能评价和零部件的耐惯性力试验。

与实车碰撞试验相比，具有再现性好、试验费用低，也比较简便、试验工时数也少等优点。

c)台架试验零部件台架试验包括台架冲击试验和静态强度试验。

台架冲击试验主要用于评价零部件对冲击能量的吸收性能;静态强度试验主要用于评价对速度不敏感的零部件的安全性能。

（2）计算机仿真研究在汽车发展初期，生产厂家和设计者需要通过大量试验来找出有关结构和零部件的各类缺陷，加以改进，使其满足标准的要求。

但这种试验，需要花费大量的资金和时间，因此加速了数学模拟计算模型的出现和发展，CAE(Computer Aided Enigneering)这一计算机技术和数值分析技术相结合的新兴学科也就应运而生，CAE的核心是数值计算方法特别是有限元方法为提高车身结构设计的初始可信度，尽可能减少样车试制的次数，从而进一步缩短整个产品的开发周期，现代车身设计方法开始大量运用计算机辅助工程技术(CAE)。

汽车的碰撞性能CAE研究是目前CAE在汽车工业中的应用热点。

随着计算机软、硬件技术的发展以及现代设计方法在产品开发、试验中进一步应用，计算机模拟技术在汽车产品开发中的作用愈加重要，涌现出一批成熟的碰撞模拟软件。

与实际试验相比，计算机模拟方法具备以下优越性:a)费用低廉。

计算机模拟不用进行实车的破坏性试验，也不需试验设备，因此可以节省大量的人力、物力、财力。

b)开发周期缩短。

CADC/AM的具体运用，使得虚拟开发的概念逐渐被开发人员所接受，使产品在设计、开发阶段就可预测其品质和性能，避免不必要的设计失误并替代部分试验，因此开发周期大大缩短。

c)复性好。

试验过程易受随机因素影响，因此在研究不同系统参数对安全性的影响时，不易得到相同的结果。

而模拟依赖于计算机软、硬件，大多数模拟软件均为参数化设计，可以轻而易举的得到参数改变时的模拟结果。

d)全面。

试验测得的结果一般都是通过传感器和高速摄影机得到的，而传感器与摄影机的数量与布置受很多条件限制，因此结果数据不甚全面。

而计算机模拟则不存在以上问题，可以从各个角度观察碰撞后的零部件的变形与应力分布情况。

尽管计算机模拟不能完全取代昂贵的碰撞试验，但在产品开发中可以使样车试制、试验次数减少到最低限度，从而节省开发费用，因而在产品的设计开发阶段得到广泛的应用。

当然计算机仿真并不能完全替代实车试验，而只能作为实车试验的重要补充:a)计算机机仿真可以在设计过程的初期就开始进行安全性的初步评价，尽早地发现问题并解决问题，而不必等到新产品制造出来，从而降低开发费用和缩短研发周期;b)仿真的结果可以给出在哪些结构或部件上应给予更多的关注，从而指导实车试验中在什么位置安装传感器和高速摄相机，并且可以获得汽车内部关键部件的变形和应力情况。

4 客车侧翻被动安全性概述与研究现状客车作为现代社会的主要公共交通工具之一，以其特有的灵活性和方便性，在公共交通事业中扮演着非常重要的角色。

近年来，客车运输的迅猛发展, 公路客运量也在急剧的增长, 客车重大交通事故的绝对数量目前也呈上升趋势, 由于乘客众多，造成的生命财产损失非常巨大,客车的安全性正越来越受到广泛地重视。

侧翻是大客车的主要事故类型之一，客车的侧翻往往造成众多的人身伤亡，属于大型交通事故。

所谓侧翻，是指汽车在行驶过程中绕其纵轴线转动90度或更大的角度，以至车身与地面相接触的一种极其危险的侧向运动。

客车侧翻被动安全性是指客车发生侧翻事故后，最大程度地避免车身结构侵入生存空间对驾驶员及乘员造成伤害的能力。

客车被动安全性主要研究内容是车身结构耐撞性研究。

客车侧翻被动安全性研究方法是试验研究与计算机仿真研究。