第3章 汽车行驶安全性

★ 被动安全性 发生汽车事故后，汽车本身减轻 发生汽车事故后，汽车本身减轻 人员受伤和 货物受损的性能。 货物受损的性能。 的性能
内部被动安全性: 内部被动安全性
减轻车内乘员受伤和货物受损
外部被动安全性: 外部被动安全性
减轻对事故所涉及的其他人员和车辆的损害。 减轻对事故所涉及的其他人员和车辆的损害。
图4-7a 平均减速度沿车长方向分布
图4-7b 轿车质心平均减速度
为了降低迎面碰撞时的减速度 为了降低迎面碰撞时的减速度，可 迎面碰撞 时的减速度， 将轿车前部做成褶皱区（ 将轿车前部做成褶皱区（图4-8），在碰 ） 撞时，可提供500~600mm的变形行程， 的变形行程， 撞时，可提供 的变形行程 以通过褶皱区吸收撞车时的动能。 以通过褶皱区吸收撞车时的动能。 后部撞车的车速较低 的车速较低， 后部撞车的车速较低 ， 轿车后部的 褶皱区的变形过程约为300~500mm。 褶皱区的变形过程约为 。 侧面撞车时 侧面撞车时，碰撞部位允许的变形 行程很小， 行程很小，应保证主撞车不会侵入被撞 车的乘客室。因此，车门和铰链、 车的乘客室。因此，车门和铰链、门锁 机构承受碰撞的能力是一个关键。 机构承受碰撞的能力是一个关键。
三、内部被动安全性
减低人体减速度是研究内部被动安全 减低 性的重要内容。 1. 安全车身 轿车发生迎面碰撞或碰到固定障碍物 时，前部分发生特别大的平均减速度jcp （300g~400g），从车头到车尾逐渐降低 （图4-7a）；轿车质心平均减速度jcp 为 40~60g（图4-7b），瞬时值可达80g~100g。
图4-12 撞人事故中行人动态示意图
决定行人伤害严重程度的主要因素是一次碰 撞的部位和汽车与人体碰撞的部件形状与刚度。 撞的部位和汽车与人体碰撞的部件形状与刚度。 汽车前部的形状参数和刚度对碰撞的影响可见图 汽车前部的形状参数和刚度对碰撞的影响可见图 4-13。 。 保险杠是汽车安全性的一个关键部件。为了 保险杠是汽车安全性的一个关键部件。 是汽车安全性的一个关键部件 减轻事故中受伤程度， 减轻事故中受伤程度，行人与保险杠的碰撞部位 应在膝盖以下为好，此时希望保险杠降低， 应在膝盖以下为好，此时希望保险杠降低，但过 低会加大人的头部在发动机罩或挡风玻璃上的撞 击速度， 因此保险杠高度一般为330~350mm较 击速度 ， 因此保险杠高度一般为 较 为适宜。另外，保险杠应没有尖角和突出部位， 为适宜。另外，保险杠应没有尖角和突出部位， 并应适当轮化。 并应适当轮化。
13. 13.2 23.3
图4-2 轿车（分子）和大客车 （分母）撞车事故分布
11.8 11.3
图4-3 撞车中轿车 驾驶员受伤过程
图4-4 撞车中轿车前排乘客有无安全带受伤过程
25 20 15 10 5 0 驾驶员 副驾驶员 头部 19.7 22.5 面部 18.5 22 颈部 3.7 4 胸部 21.5 22.3 上肢 8.5 7.2 腹部 6.5 4 下肢 20.5 19 驾驶员 副驾驶员
★ 整车碰撞仿真
整车匀速50km/h，碰撞时间历程60ms. 整车匀速50km/h，碰撞时间历程60ms. 50km/h
自动单面接触仿真: 整车正面碰撞过程中，A柱前部的车身结构是变形吸能的 主要部位，其变形模式极为复杂，而车身后部结构在碰撞过程 中几乎不发生变形。车身骨架结构是主要承受碰撞能量吸收的 车身关键部位。 优化前后的变形效果对比可以看出，优化后 的整车前端塌陷变形明显变小，但弯曲变形加大，在很短的时 间内，接触碰撞区附近的车身构件发生塑性变形、屈曲、褶皱、 崩溃和撕裂，比较符合车身轻量化后的整车碰撞想要达到的变 形效果，基本满足优化后的碰撞变形目的 .
★ 事故后安全性
汽车发生了事故后能减轻事故后果的性能。
★ 生态安全性
汽车制动性 见《汽车理论》相关章节 汽车理论》 汽车操纵稳定性 见《汽车理论》相关章节 汽车理论》
第三节 道路交通事故及 汽车被动安全性
一、交通事故
定义：车辆在道路上行驶和停放过程中，发生碰撞、碾压、 碰撞、碾压、 定义：车辆在道路上行驶和停放过程中，
（3）危险系数
K= K1Nq + K2 NZ + K3NS Nq + NZ + NS + No
Nq —轻伤人数（康复期不超 轻伤人数（ 过四周）； 过四周）； NZ —重伤人数； 重伤人数； NS —死伤人数； 死伤人数； No —未受伤人数； 未受伤人数； K1，K2，K3 为加权系数，建议取 为加权系数， K1 = 0.015 K2 = 0.36，K3 =1 ， 。
★ 整车质心垂直方向加速度信号仿真曲线
★ 整车质心垂直方向加速度仿真信号对比
优化后整车的质心 方向加速度稍大，车身 轻量化后整车质心振动 稍微加剧，但仍能满足 整车运行NVH特性的振动 要求，保证整车操纵的 稳定性。整车虚拟样机 的质心振动曲线基本吻 合实车行驶振动规律， 运用虚拟样机仿真来预 测行驶性能，检验产品 优化设计的正确性，具 有一定的可行性 .
图4-10 安全气囊的作用情况
3. 消除部件致伤因素 在乘坐区设计时必须保证乘员幸存 空间内没有致伤部件。图4-11画出了在 撞车前、后零件变形界限。界限 界限1-1将引 界限 起轻伤 界限 轻伤，界限 界限3-3 轻伤 界限2-2导致重伤，而界限 界限 将是致命的。 仪表板下部应安装膝部缓冲垫，风 挡玻璃应采用钢化或夹层玻璃；转向盘 可采用弹性有波纹的结构，且盘缘可以 变形，转向柱能弯曲或伸缩。
载货汽车与行人相撞时造成的伤亡 也比轿车严重。 也比轿车严重。 原因: 原因 在一次碰撞中， 在一次碰撞中 ， 无论是长头还是平 头驾驶室的载货汽车， 头驾驶室的载货汽车 ， 都不可能存在在 轿车事故中的行人身体在发动机罩上的 翻转过程， 翻转过程 ， 而是在很短的时间内行人被 加速到货车速度，易造成人的伤亡。 加速到货车速度，易造成人的伤亡。
据统计值可知，某轿车各个 据统计值可知， 座位的危险系数,见 座位的危险系数 见图4-6。 。
0.25 轿车各座位的危险系数k 轿车各座位的危险系数 k 0.2 0.15 0.1 0.05 0 座位
驾驶员 0.184
副驾驶员 0.229
百度文库后左座 0.149
后中座 0.167
后右座 0.171
图4-6 轿车各个座位的危险系数
图4-8 轿车各部分不同的刚度 （乘坐区刚度大，保证乘员的幸存空间）
2. 限制乘员位移 (1) 限制乘员位移的装置中，最简单有 限制乘员位移的装置中， 效的是安全带。安全带的型式如图4-9 效的是安全带 所示。轿车驾驶员和前排乘客多采用 三点式安全带，后排乘客或载货汽车、 大客车乘员也有用腰部安全带的，赛 车则用四点式。
★ ADAMS/Car中整车30km/h匀速行驶工况仿真 ADAMS/Car中整车30km/h匀速行驶工况仿真 中整车30km/h
车身质心处的加速度信号曲线：开始阶段只有前轮处于不 平路面时，相应的时间历程中曲线振动较小；随着后轮驶上路 面，振动幅度变大。频谱图中2.5Hz附近的尖峰对应着车身垂 直方向振动的刚体模态，由于悬架的减振作用，50Hz以上的高 频振动已经非常小了.
图4-5 事故中轿车乘员身体各部位受伤分布
3. 被动安全性的评价指标 NS F= NSH
NS —事故中的死亡人数（当 事故中的死亡人数（ 场死亡 或事故后存活不超过七 昼夜）； 昼夜）； NSH —事故中的受伤人数。 事故中的受伤人数。
（2）死亡人数 ） 常用每百万居民，每百万公里行程，或 每百万部车的事故死亡人数来衡量道路交通 事故的程度。
一、公路交通安全的影响因素
公路交通安全的影响因素:（ 公路交通安全的影响因素 （图4-1） ） 1 . 人的影响 2 . 道路的影响 3 . 汽车本身的影响 4 . 环境条件的影响
素质 经验
图4-1 公路交通 安全的影响因素
状态
人
精神 心理
活动
操作
环境
路面 气象 物理 状况
道路
线路 行驶 交通流
图4-9 安全带的型式
(2) 安全气囊 安全气囊可以不必限制乘客的正常活动。 安全气囊可以不必限制乘客的正常活动。 安全气囊的作用情况见图 安全气囊的作用情况见 图 4-10，传感器 在 ， 传感器1在 撞车发生时可感知车身变形和减速度， 撞车发生时可感知车身变形和减速度 ， 撞车 信号通过引爆装置 引爆装置2使气体发生器3产生了高 信号通过 引爆装置 使 气体发生器 产生了高 压氮气和氩气进入安全气囊 安全气囊4。 压氮气和氩气进入安全气囊 。气囊可在十分 之一秒内充气完毕， 保护乘客的头部和上身。 之一秒内充气完毕 ， 保护乘客的头部和上身 。 事故发生后经过0.4~0.5秒 ， 气囊的气体通过 事故发生后经过 秒 专门的孔放出，乘客可以自由活动。 专门的孔放出，乘客可以自由活动。 使用安全气囊的缺点是在放气时形成 160dB-180dB的声压，另外，成本高。 的声压， 的声压 另外，成本高。
车辆
性能 结构
二、汽车安全性的评价方法
1. 汽车碰撞事故的分析 轿车和客车撞车事故的分布情况 见图4-2。 图 。 2. 撞车事故人员受伤过程 图4-3、图4-4 和图4-5 分别表示出 了撞车事故发生时，驾驶员、前排乘 客及身体各部分受伤的分布情况。
9.6 6.2 65.4 59.5
2 3 4 1 5
图4-13 汽车前部的形状 参数和刚度对碰撞的影响
2 载货汽车的外部被动安全性
载货汽车在与轿车迎面碰撞时，因载 货汽车的质量、刚度和尺寸都比轿车大得 多。所以轿车的损坏要比载货汽车严重的 多；一般载货汽车后部都不装保险杠，因 此跟随行驶的轿车在发生交通事故时，轿 车“楔入”载货汽车的可能性增加，故对 于尾部离地高度不小于0.7m车辆应装后保 险杠，保险杠安装高度一般为0.38~0.51m。 。
第 三 章
第三章 汽车行驶安全性
概 论 汽车安全性分类 第一节 汽车被动安全性 第二节 汽车制动性 第三节 汽车操纵稳定性
概论—汽车安全性分类 概论 汽车安全性分类
★ 主动安全性
设计时 汽车本身 防止或减少道路交 通事故发生的性能。 通事故发生的性能。
主要取决于汽车的尺寸和整备质量参数、 主要取决于汽车的尺寸和整备质量参数、 制动性、行驶稳定性、操纵性、 制动性、行驶稳定性、操纵性、信息性以及 驾驶员工作位置的状况（座椅舒适性、噪声、 驾驶员工作位置的状况（座椅舒适性、噪声、 湿度和通风、操纵轻便性等）。 湿度和通风、操纵轻便性等）。
刮擦、翻车、坠车、失火、爆炸 等现象造成伤亡和车、物损 造成伤亡和车、 刮擦、翻车、坠车、失火、
坏的事件。 坏的事件。
内容：研究交通事故发生的规律，分析其原因， 内容：研究交通事故发生的规律，分析其原因，消除诱发
交通事故的外部因素。具体地说， 把人、 交通事故的外部因素。具体地说，就是把人、车、道路及环 境死者统一在一个交通系统中，探索各自及相互间的内在规 以达到较少交通事故的目的。 律及其最佳配合，以达到较少交通事故的目的。
★ 碰撞力与减速度曲线
X轴碰撞力具有很强的非线性波动特征，碰撞力的每一次峰值 卸载表示车身构件某个构件的破坏；最大碰撞力为400.16kN出现 在18ms时刻，车速基本接近零点；之后车被弹回，与刚性墙脱离 碰撞力衰减，因为车体存在加速度，到42ms时，又与刚性墙接触 碰撞，经过几个短暂反复，车体速度迅速衰减为零.
图4-11 生存空间
四、外部被动安全性
1. 轿车与行人的碰撞 轿车与人碰撞，行人动态示意图见图4-12。 从图中看出，首先行人腿部碰撞到保险杠上， 然后骨盆与发动机罩前段接触，最后头部撞到 发动机罩或风挡玻璃上。此时行人被加速到车 速，即所谓的“ 一次碰撞 一次碰撞”。 由于汽车制动使行人与汽车分离，行人以 与碰撞速度相近的速度撞到路面上，这是“ 二 次碰撞”。有的交通事故还发生行人被汽车辗 次碰撞 压，这是“ 三次碰撞 三次碰撞”。
★ 局部优化结果对比
1.设计变量优化前后对比
2.结果分析 优化后车身的弯曲和扭转刚度都 有不同程度的降低，抗弯扭的能力稍 微减弱，但车身构件的抗碰撞能力增 强；相同碰撞力下，车身最大等效应 力虽有提高，但仍在材料屈服极限范 围内；车身重量进一步减轻了6.4kg， 对提高整车的燃油经济性有很大帮助.