汽车碰撞安全

汽车碰撞安全性设计

交通事故

是由人和车参与的，在道路上发生的造成人身伤亡、财物损失的意外情况。

特性：具有突发性、涉及面广、具有极强的社会性、具有频发性

有限元法

在汽车被动安全研究领域中，模拟计算采用的方法主要是多刚体动力学法和动态大变形非线性有限元法。

动态大变形非线性有限元法与传统有限元法的区别在于考虑到了结构的几何非线性和材料非线性，且不局限于小变形系统，因此十分适合处理碰撞接触问题。

电测量系统一般包括传感器、测量电路、放大器、指示器、记录仪和数据处理仪器等几部分

碰撞试验对所使用的各种传感器的量程范围和耐冲击特性有较高要求。

碰撞试验对假人的要求：

1)尺寸、质量分布、关节活动、胸部等各部分在受载荷时的变形特性应与人体很相似；

2)应能对人体相对应的各部分的加速度、负荷等参量进行测定；

3)个体间的差异小，反复再现性好，并且具有良好的耐久性；

为什么要对假人进行标定？

要求假人各方面应与所规定的性能指标一致。

假人在最初的投入使用以及使用过一段时间以后，为了验证其各部位是否还具有逼真的仿生学特性，是否符合法规试验的要求，是否能继续应用于试验，必须对假人进行标定。

车身抗撞性设计要求

1．正面碰撞

1)确保乘员生存空间，减小乘员舱变形和对乘员舱的侵入

2)减小车身减速度

3)碰撞过程中车门不能打开。碰撞后可以不使用工具打开车门

2．侧面碰撞

抗侧面碰撞设计应当以减小乘员舱侵入、维持乘员生存空间为重点

1)减小侧围结构对乘员舱的侵入量，防止侵入量过大时对乘员的挤压伤害

2)减小侧围结构对乘员舱的侵入速度，特别是与乘员接触时车门速度，减轻对乘员的撞击力

3)碰撞过程中车门不能打开。碰撞后可以不使用工具打开非碰撞侧的车门

3．后面碰撞

1)减小乘员舱变形。通常用后排座位R点的前移量来衡量

2)减小碰撞中车身的减速度，减轻乘员的鞭梢性伤害

3)在碰撞中维持油箱的存放空间，减小对油箱、油路挤压

4．滚翻

1)减小乘员舱的变形量，特别是车顶的变形

2)要求碰撞过程中车门不能打开。碰撞后可以不使用工具打开车门

5．低速碰撞

主要避免汽车重要部件的损坏，减少因撞车带来的维修费用要求设置低速碰撞吸能区，使低速碰撞车辆的动能主要通过低速碰撞吸能区的变形被吸收，并尽量不使低速碰撞吸能区后部的车身主要结构发生永久变形

6．行人保护

撞行人时，汽车对行人的伤害一般包括

①一次碰撞时由保险杠、前散热器罩和发动机罩前端等产生的下肢伤害

②行人与发动机罩、挡风玻璃等二次碰撞时的头部伤害

③受撞击后的行人与路面三次碰撞产生的伤害

1)车身结构设计时应将相关部位的刚度设计得软一些，以缓冲对人体的撞击

2)在行人保护措施中，应防止车外凸出物对行人的伤害

车身抗撞性分析方法的发展

1)上世纪60年代末以前，汽车对障碍物的碰撞试验是评价汽车抗撞性唯一可用的方法

缺点是研发周期长、成本高，并且无法在汽车重量和抗撞性方面使设计达到最优化

2)上世纪60年代以后，大量应用汽车碰撞模拟技术

通过数值模拟技术在车身结构设计中的应用，设计人员实现了对最终设计的更有效控制，减小了设计风险

常用的显式非线性有限元软件

1)DYNA3D（LS-DYNA3D和OASYS-DYNA3D）

2)MSC/DYTRAN

3)ESI/PAM-CRASH

4)软件的核心都以美国Lawrence Livermore国家试验室在上个世纪70年代开发的DYNA公开

版的理论为基础

碰撞模拟在车身结构设计中的应用分为三个阶段

1)概念开发阶段

2)结构设计阶段

3)结构确认阶段

车身模型的建立

1)几何模型的简化

2)零件有限元模型的建立

3)各零件有限元网格的装配

4)各零件材料特性和厚度的给定

5)点焊联接的模拟

其它部分模型的建立

1)刚硬结构的模拟

①刚体用来模拟结构中不变形的部分

②模拟发动机、变速器和离合器等

2)杆形结构的模拟

①杆形结构，根据它们在碰撞中的表现，采用不同的模拟方式

②发生严重塑性变形：用实体单元模拟

③没有发生塑性变形或塑性变形很微小：用梁单元模拟

④不变形：用一个或多个梁单元模拟

3)机构的模拟

运动副模拟，采用梁单元，通过松弛节点自由度的方式模拟

4)轮胎弹性的模拟

对于车轮布置靠前的车辆，轮胎通过其弹性变形参与吸能过程，并影响前端结构的变形

5)惯性的调整

①改变材料的密度

②增加集中质量

③改变刚体的惯性属性

进行整车或部件的碰撞模拟的目的：是评价其抗撞性

通常对碰撞模拟计算结果进行的分析包括有

1)能量分析

2)力分析

3)变形分析

4)刚度分析

5)应力分析

6)减速度分析

7)速度分析

8)碰撞时序分析等

车身抗撞性设计的主要内容

1．车身结构刚度组织

1)合理组织结构的吸能

2)合理组织碰撞载荷的传递：

①减小乘员舱的变形或对乘员舱的侵入

②为吸能结构提供牢固、稳定的支撑，保证吸能元件吸能能力的实现

③使承载能力强的元件分担多的载荷，承载能力弱的元件分担少量的载荷

④使尽可能多的结构元件参与载荷的传递，以提高材料的使用效率