汽车侧面碰撞安全性分析
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3 汽车侧面碰撞安全性分析
当汽车发生侧面碰撞时 ,碰撞缓冲区较小 ,变 形空间也较小 ,而被撞部分与乘员之间距离较近 , 对乘员伤害比其他碰撞类型更严重. 因此 ,增强侧 面耐撞性能就显得尤为重要.
依据本文试验可知 ,要改进侧面耐撞性能 ,就 要增加缓冲吸能区两侧的厚度和内部刚度 ,并将碰 撞力有效地传递给具有保护和吸能作用的梁 、柱 、 地板和车顶等部件 ,使撞击力被分散吸收 ,最大限 度地把可能造成的损害降低到最小程度 ,可以采用 以下措施 :
汽车安全性可分为主动安全性 、被动安全性 、 事后 (防火) 安全性和车外安全性等几个方面. 其中 被动安全性是指汽车在发生意外事故时对成员进 行有效保护的能力 ,主要包括车身结构 、安全带 、气
囊 、安全玻璃 、方向柱 、车顶和车门强度[2 ] . 汽车碰撞分为正面碰撞 、侧面碰撞 、追尾和翻
滚等几种主要类型. 据统计[3 ] ,汽车侧面碰撞事故 约占事故总数的 31. 65 % ,仅次于正面碰撞. 从碰 撞后对乘员产生的伤害程度看 ,侧面碰撞与正面碰 撞相当接近.
Vol. 23 No . 1 Mar. 2009
赵高晖1 , 李小兰1 , 徐兆坤2 , 何稚桦3
(1. 上海理工大学 机械工程学院 , 上海 200093 ; 2. 上海工程技术大学 汽车工程学院 , 上海 201620 ; 3. 上海大众汽车有限公司 , 上海 201805)
摘要 : 以一个实车碰撞为例 ,通过 Matlab 绘制某一碰撞标志点在碰撞过程中 x , y , z 3 个方向随 时间变化的曲线图 ,即变形程度 ,结合试验对汽车侧向安全作出评价 ,并给出了改善汽车耐撞性 能的几点技术措施. 关键词 : 汽车 ; 安全性 ; 侧面碰撞 中图分类号 : U 467. 14 文献标志码 : A
试验台是根据美国 FMVSS214 和 216 试验标 准设计的 ,总体方案如图 1 所示.
图 2 x 方向位移曲线图 Fig. 2 x2direction displacement curve
© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
1 试验台简介
图 1 试验台总体方案 Fig. 1 General scheme of the test bench
试验台配置 : 1) 加载系统 ,即 MTS Microconsole 458. X 控制 器和 Flex Test Ⅱ试验控制与管理及数据采集系统 , MTS 公司液压伺服系统的液压源和液压促动器. 2) 图像处理系统. 即视频采样数字化 、压缩 、 图像分析 、数据处理及结果输出等管理系统 ,控制 摄像系统和照明系统.
© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
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上海工程技术大学学报
第 23 卷
( ECE 和 EEC) [4 ] ,其他如日本 、加拿大和澳大利亚 等国家的法规基本上是参考美国和欧洲的法规制 定的[5 ] . 但是 ,这些安全法规仅是这些国家或区域 国家政府管理部门对汽车产品安全性的最低要求 , 而汽车生产企业追求的却是行业上公认的新车评 估程 序 ( NCAP , New Car Assessment Program ) . 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 最具影响力 和代表性 ,被公认为最严格的测试 ,因此 , EU RO2 NCA P[6 - 7 ]成绩是衡量车辆安全性的一个很权威 的指标.
2) 增加侧围物体的刚度和强度. 如图 5 所示 , 包括增加 A 柱 、B 柱和 C 柱的板厚和增强车内外 板之间的加强板. 此外 ,局部加强在侧面碰撞过程 中变形较大部位的刚度和强度 ,以减轻在侧面碰撞 过程中侧围的侵入对乘员造成的伤害 ,保存乘员的 生存空间. 因为增加板厚会使得汽车质量增加 ,可 用有限元分析各处受力情况 ,采用不等厚结构 ,加 厚受冲击力较大 、变形严重的部位 ,或提高所用材 料的刚度.
4) 车身两侧 B 立柱之间安装横梁系统. 在仪 表板下面以及后风窗下面安装加强横梁 ,可以减少 碰撞侧围的变形 ,有利于碰撞力的传递.
5) 采用 3 H 形结构的加强方案. 有利于碰撞力 分流的车身结构 ,碰撞力的传导路径对于车体的抗 撞性能具有很大的影响. 合理地分流在碰撞中传导 的力 ,可以大大提高车体的强度 ,减少车体的变形 量 ,从而改善整车的抗撞性能. 提高车体侧面抗撞 性的一种主要设计思想是使冲击力分散到整个车 身结构. 在车体结构中采用 3 H 形结构的加强方 案 ,是有利于碰撞力分流的典型的车身结构. 所谓
Vehicle Side Impact Safety Analysis
ZHAO Gao2hui1 , L I Xiao2lan1 , XU ZhBaidu Nhomakorabeao2kun2 , HE Zhi2hua3
(1. College of Mechanical Engineering , Universit y of Shanghai for Science and Technology , Shanghai 200093 , China ; 2. College of Automotive Engineering , Shanghai University of Engineering Science , Shanghai 201620 , China ; 3. Shanghai Volkswagen Automotive Co. ,Ltd , Shanghai 201805 , China)
第 23 卷第 1 期 2009 年 3 月
上 海 工 程 技 术 大 学 学 报 J OURNAL OF SHAN GHAI UNIVERSITY OF EN GINEERIN G SCIENCE
文章编号 : 1009 - 444X(2009) 01 - 0043 - 03
汽车侧面碰撞安全性分析
由于汽车事故造成的巨大损失 ,世界各发达国 家都对汽车碰撞安全性作出了强制性的要求 ,并建 立了各自的安全法规. 法规中比较有代表性的是美 国联 邦 机 动 车 安 全 标 准 ( FMVSS) 和 欧 洲 法 规
收稿日期 : 2008 - 10 - 06 作者简介 : 赵高晖 (1960 - ) ,男 ,浙江慈溪人 ,副教授 ,硕士 ,研究方向为机械设计及理论.
1) 增加车门强度和刚度. 方法有增加板厚和 增加车门防撞杆两种. 增加板料厚度固然会在一定 程度上改善汽车的抗撞性能 ,但是板料厚度的增加
图 5 车身结构 Fig. 5 Vehicle body structure
3) 增加门槛梁的强度. 在发生侧面碰撞事故 时 ,门槛梁并不直接受到撞击 ,但是加强门槛梁 ,可 以保证将撞击力有效地分散给地板等重要承力物 件. 增强措施包括增加承载面积 、在梁内增加加强 板以及填充发泡树脂等.
图 4 z 方向位移曲线图 Fig. 4 z2direction displacement curve
根据 3 个方向的位移曲线图可知 ,在碰撞试验 进行到后半段时间 ,各点的位移变化趋势加快 ,曲 线变陡 ,曲线曲率增加. 这是因为试验车辆侧门在 受到加载器作用力下 ,弹性变形阶段结束 ,塑性变 形开始 ,且车门开始出现塌陷.
第 1 期
赵高晖 ,等 :汽车侧面碰撞安全性分析
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图 3 y 方向位移曲线图 Fig. 3 y2direction displacement curve
会提高整车的质量 ,影响整车的性能 ,所以通常采 用增强车门防撞杆的方法. 汽车防侧撞杆由防撞 梁 、前侧支架和后侧支架等零件组成 ,使用高强度 钢材制造 ,并安装在车门内壁中央部位. 当汽车行 驶中遇到一般侧面碰撞时 ,能抵抗车门凹陷变形 ; 当遇到特大侧面碰撞时 ,由于防撞杆的作用 ,因此 不必借助专门工具便可迅速地打开车门 ,营救出车 内乘员.
(China Motor Vehicle Design Rule ,CMVDR294) . 2006 年 7 月 1 日起又实施了两项碰撞标准《: 汽车侧面碰 撞的乘员保护》和《乘用车后碰撞燃油系统安全要 求》. 同时 ,在研究 EURO2NCAP 的基础上 ,中国汽车 技术 研 究 中 心 正 式 推 出 了 我 国 的 新 车 评 估 计 划 (China New Car Assessment Program ,C2NCAP) [8] . 但 是我国在汽车安全性能研究方面与国际先进水平 的差距仍然很大 ,亟需进一步缩小.
Abstract : The whole plan of passenger vehicles safty test bench was briefly described. An example about real vehicle collision was given ,and t hrough Matlab t he curves were obtained which shows a marked point change in t hree directions of x , y , z over t he time in t he collision. Some suggestions were given to improve crash re2 sistance of t he vehicle. Key words : vehicle ; safety ; side impact
将试验中某一标志点在碰撞过程中 ,随时间变 化的 x , y , z 坐标输入到 Matlab 中 ,于是得到该标 志点三维坐标随时间变化的曲线 ,图 2～4 为 x , y , z 3 坐标在同一坐标系中随时间的变化曲线.
本文根据乘用车侧面碰撞法规和车顶强度试 验标准研制了车身结构被动安全性试验台 ,能够对 汽车侧门 、车顶和其他零部件进行试验. 同时开发 了试验台三维图像测量系统 ,可以精确测量碰撞过 程中各标志点的位移 ,以研究汽车碰撞安全性. 试 验台已经在上海大众汽车有限公司使用 ,运行良 好 ,性能稳定.
2007 年 , 中国汽 车 产 量 为 889. 24 万 辆 , 比 2006 年增长 22 % ,仅次于日本和美国 ,位居世界第 三位[1 ] . 中国汽车工业正步入一个高速发展的快 车道 ,但是汽车生产大国并不等于汽车生产强国 , 我国汽车工业依然存在许多问题 ,特别是汽车自主 研发能力以及汽车安全性检测能力还很欠缺.
2 实车碰撞试验
根据试验要求对某公司热销车型进行了侧门 碰撞试验. 首先将汽车装上台架 ,根据被测位置 , 进行 x , y , z 3 个方向的调节 ,使其与加载器垂直 , 固定好汽车. 然后在侧门框架上根据需要布置标志 点 ,记录 x , y , z 坐标 ,调节好各控制部件后 ,开始 进行试验. 试验中通过图像处理技术可以获得在碰 撞过程中 x , y , z 坐标随时间的变化情况.
我国开展汽车碰撞安全性研究起步较晚 ,1989 年清华大学汽车系首先建立国内第一个简易的实 车碰撞试验台. 随后 ,中国汽车技术研究中心 (天 津) 、东风汽车工程研究院 (襄樊) 、交通部公路交通 试验场 (北京) 以及湖南大学机械与汽车工程学院 等单位也先后建立了汽车碰撞研究机构.
在安全法规方面 ,我国在 1989 年对整车碰撞 安全性制定了国家标准 ( GB/ T11551 —89 汽车乘 员碰撞保护 , GB/ T11557 —89 防止汽车转向机构 对驾驶员伤害等) ,但没有强制实施. 2000 年 1 月 1 日起实施了“关于正面碰撞乘员保护的设计规则”
当汽车发生侧面碰撞时 ,碰撞缓冲区较小 ,变 形空间也较小 ,而被撞部分与乘员之间距离较近 , 对乘员伤害比其他碰撞类型更严重. 因此 ,增强侧 面耐撞性能就显得尤为重要.
依据本文试验可知 ,要改进侧面耐撞性能 ,就 要增加缓冲吸能区两侧的厚度和内部刚度 ,并将碰 撞力有效地传递给具有保护和吸能作用的梁 、柱 、 地板和车顶等部件 ,使撞击力被分散吸收 ,最大限 度地把可能造成的损害降低到最小程度 ,可以采用 以下措施 :
汽车安全性可分为主动安全性 、被动安全性 、 事后 (防火) 安全性和车外安全性等几个方面. 其中 被动安全性是指汽车在发生意外事故时对成员进 行有效保护的能力 ,主要包括车身结构 、安全带 、气
囊 、安全玻璃 、方向柱 、车顶和车门强度[2 ] . 汽车碰撞分为正面碰撞 、侧面碰撞 、追尾和翻
滚等几种主要类型. 据统计[3 ] ,汽车侧面碰撞事故 约占事故总数的 31. 65 % ,仅次于正面碰撞. 从碰 撞后对乘员产生的伤害程度看 ,侧面碰撞与正面碰 撞相当接近.
Vol. 23 No . 1 Mar. 2009
赵高晖1 , 李小兰1 , 徐兆坤2 , 何稚桦3
(1. 上海理工大学 机械工程学院 , 上海 200093 ; 2. 上海工程技术大学 汽车工程学院 , 上海 201620 ; 3. 上海大众汽车有限公司 , 上海 201805)
摘要 : 以一个实车碰撞为例 ,通过 Matlab 绘制某一碰撞标志点在碰撞过程中 x , y , z 3 个方向随 时间变化的曲线图 ,即变形程度 ,结合试验对汽车侧向安全作出评价 ,并给出了改善汽车耐撞性 能的几点技术措施. 关键词 : 汽车 ; 安全性 ; 侧面碰撞 中图分类号 : U 467. 14 文献标志码 : A
试验台是根据美国 FMVSS214 和 216 试验标 准设计的 ,总体方案如图 1 所示.
图 2 x 方向位移曲线图 Fig. 2 x2direction displacement curve
© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
1 试验台简介
图 1 试验台总体方案 Fig. 1 General scheme of the test bench
试验台配置 : 1) 加载系统 ,即 MTS Microconsole 458. X 控制 器和 Flex Test Ⅱ试验控制与管理及数据采集系统 , MTS 公司液压伺服系统的液压源和液压促动器. 2) 图像处理系统. 即视频采样数字化 、压缩 、 图像分析 、数据处理及结果输出等管理系统 ,控制 摄像系统和照明系统.
© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
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上海工程技术大学学报
第 23 卷
( ECE 和 EEC) [4 ] ,其他如日本 、加拿大和澳大利亚 等国家的法规基本上是参考美国和欧洲的法规制 定的[5 ] . 但是 ,这些安全法规仅是这些国家或区域 国家政府管理部门对汽车产品安全性的最低要求 , 而汽车生产企业追求的却是行业上公认的新车评 估程 序 ( NCAP , New Car Assessment Program ) . 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 最具影响力 和代表性 ,被公认为最严格的测试 ,因此 , EU RO2 NCA P[6 - 7 ]成绩是衡量车辆安全性的一个很权威 的指标.
2) 增加侧围物体的刚度和强度. 如图 5 所示 , 包括增加 A 柱 、B 柱和 C 柱的板厚和增强车内外 板之间的加强板. 此外 ,局部加强在侧面碰撞过程 中变形较大部位的刚度和强度 ,以减轻在侧面碰撞 过程中侧围的侵入对乘员造成的伤害 ,保存乘员的 生存空间. 因为增加板厚会使得汽车质量增加 ,可 用有限元分析各处受力情况 ,采用不等厚结构 ,加 厚受冲击力较大 、变形严重的部位 ,或提高所用材 料的刚度.
4) 车身两侧 B 立柱之间安装横梁系统. 在仪 表板下面以及后风窗下面安装加强横梁 ,可以减少 碰撞侧围的变形 ,有利于碰撞力的传递.
5) 采用 3 H 形结构的加强方案. 有利于碰撞力 分流的车身结构 ,碰撞力的传导路径对于车体的抗 撞性能具有很大的影响. 合理地分流在碰撞中传导 的力 ,可以大大提高车体的强度 ,减少车体的变形 量 ,从而改善整车的抗撞性能. 提高车体侧面抗撞 性的一种主要设计思想是使冲击力分散到整个车 身结构. 在车体结构中采用 3 H 形结构的加强方 案 ,是有利于碰撞力分流的典型的车身结构. 所谓
Vehicle Side Impact Safety Analysis
ZHAO Gao2hui1 , L I Xiao2lan1 , XU ZhBaidu Nhomakorabeao2kun2 , HE Zhi2hua3
(1. College of Mechanical Engineering , Universit y of Shanghai for Science and Technology , Shanghai 200093 , China ; 2. College of Automotive Engineering , Shanghai University of Engineering Science , Shanghai 201620 , China ; 3. Shanghai Volkswagen Automotive Co. ,Ltd , Shanghai 201805 , China)
第 23 卷第 1 期 2009 年 3 月
上 海 工 程 技 术 大 学 学 报 J OURNAL OF SHAN GHAI UNIVERSITY OF EN GINEERIN G SCIENCE
文章编号 : 1009 - 444X(2009) 01 - 0043 - 03
汽车侧面碰撞安全性分析
由于汽车事故造成的巨大损失 ,世界各发达国 家都对汽车碰撞安全性作出了强制性的要求 ,并建 立了各自的安全法规. 法规中比较有代表性的是美 国联 邦 机 动 车 安 全 标 准 ( FMVSS) 和 欧 洲 法 规
收稿日期 : 2008 - 10 - 06 作者简介 : 赵高晖 (1960 - ) ,男 ,浙江慈溪人 ,副教授 ,硕士 ,研究方向为机械设计及理论.
1) 增加车门强度和刚度. 方法有增加板厚和 增加车门防撞杆两种. 增加板料厚度固然会在一定 程度上改善汽车的抗撞性能 ,但是板料厚度的增加
图 5 车身结构 Fig. 5 Vehicle body structure
3) 增加门槛梁的强度. 在发生侧面碰撞事故 时 ,门槛梁并不直接受到撞击 ,但是加强门槛梁 ,可 以保证将撞击力有效地分散给地板等重要承力物 件. 增强措施包括增加承载面积 、在梁内增加加强 板以及填充发泡树脂等.
图 4 z 方向位移曲线图 Fig. 4 z2direction displacement curve
根据 3 个方向的位移曲线图可知 ,在碰撞试验 进行到后半段时间 ,各点的位移变化趋势加快 ,曲 线变陡 ,曲线曲率增加. 这是因为试验车辆侧门在 受到加载器作用力下 ,弹性变形阶段结束 ,塑性变 形开始 ,且车门开始出现塌陷.
第 1 期
赵高晖 ,等 :汽车侧面碰撞安全性分析
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图 3 y 方向位移曲线图 Fig. 3 y2direction displacement curve
会提高整车的质量 ,影响整车的性能 ,所以通常采 用增强车门防撞杆的方法. 汽车防侧撞杆由防撞 梁 、前侧支架和后侧支架等零件组成 ,使用高强度 钢材制造 ,并安装在车门内壁中央部位. 当汽车行 驶中遇到一般侧面碰撞时 ,能抵抗车门凹陷变形 ; 当遇到特大侧面碰撞时 ,由于防撞杆的作用 ,因此 不必借助专门工具便可迅速地打开车门 ,营救出车 内乘员.
(China Motor Vehicle Design Rule ,CMVDR294) . 2006 年 7 月 1 日起又实施了两项碰撞标准《: 汽车侧面碰 撞的乘员保护》和《乘用车后碰撞燃油系统安全要 求》. 同时 ,在研究 EURO2NCAP 的基础上 ,中国汽车 技术 研 究 中 心 正 式 推 出 了 我 国 的 新 车 评 估 计 划 (China New Car Assessment Program ,C2NCAP) [8] . 但 是我国在汽车安全性能研究方面与国际先进水平 的差距仍然很大 ,亟需进一步缩小.
Abstract : The whole plan of passenger vehicles safty test bench was briefly described. An example about real vehicle collision was given ,and t hrough Matlab t he curves were obtained which shows a marked point change in t hree directions of x , y , z over t he time in t he collision. Some suggestions were given to improve crash re2 sistance of t he vehicle. Key words : vehicle ; safety ; side impact
将试验中某一标志点在碰撞过程中 ,随时间变 化的 x , y , z 坐标输入到 Matlab 中 ,于是得到该标 志点三维坐标随时间变化的曲线 ,图 2～4 为 x , y , z 3 坐标在同一坐标系中随时间的变化曲线.
本文根据乘用车侧面碰撞法规和车顶强度试 验标准研制了车身结构被动安全性试验台 ,能够对 汽车侧门 、车顶和其他零部件进行试验. 同时开发 了试验台三维图像测量系统 ,可以精确测量碰撞过 程中各标志点的位移 ,以研究汽车碰撞安全性. 试 验台已经在上海大众汽车有限公司使用 ,运行良 好 ,性能稳定.
2007 年 , 中国汽 车 产 量 为 889. 24 万 辆 , 比 2006 年增长 22 % ,仅次于日本和美国 ,位居世界第 三位[1 ] . 中国汽车工业正步入一个高速发展的快 车道 ,但是汽车生产大国并不等于汽车生产强国 , 我国汽车工业依然存在许多问题 ,特别是汽车自主 研发能力以及汽车安全性检测能力还很欠缺.
2 实车碰撞试验
根据试验要求对某公司热销车型进行了侧门 碰撞试验. 首先将汽车装上台架 ,根据被测位置 , 进行 x , y , z 3 个方向的调节 ,使其与加载器垂直 , 固定好汽车. 然后在侧门框架上根据需要布置标志 点 ,记录 x , y , z 坐标 ,调节好各控制部件后 ,开始 进行试验. 试验中通过图像处理技术可以获得在碰 撞过程中 x , y , z 坐标随时间的变化情况.
我国开展汽车碰撞安全性研究起步较晚 ,1989 年清华大学汽车系首先建立国内第一个简易的实 车碰撞试验台. 随后 ,中国汽车技术研究中心 (天 津) 、东风汽车工程研究院 (襄樊) 、交通部公路交通 试验场 (北京) 以及湖南大学机械与汽车工程学院 等单位也先后建立了汽车碰撞研究机构.
在安全法规方面 ,我国在 1989 年对整车碰撞 安全性制定了国家标准 ( GB/ T11551 —89 汽车乘 员碰撞保护 , GB/ T11557 —89 防止汽车转向机构 对驾驶员伤害等) ,但没有强制实施. 2000 年 1 月 1 日起实施了“关于正面碰撞乘员保护的设计规则”