汽车安全技术第三章汽车碰撞安全性设计概要

台车模拟 台架模拟 静态模拟
碰撞试验的作用：
⑴对比优选 多方案中选优、改进研究、影 响因素对比；
⑵安全性评估 直接测出结果，对设计、改进 及产品的安全性评价；
⑶辅助设计与改进 辅助设计和改进的手段。
碰撞性试验是破坏性实验，成本高、耗费时 间大、试验结果和过程的瞬时性
3.3 数学分析法
⒈解析法 ⒉多刚体动力学法 ⒊有限元法 ⒋仿真：汽车碰撞力学仿真
⒊有限元法
20世纪80年代发展和完善的计算方法
10ms时的碰撞变形
40ms时的碰撞变形
分析软件：
DYNA 3D（LS-DYNA3D、OASYS DYNA3D）
美国及英国早期应用广泛
PAM-CRASH起源法国，早期欧洲应用较多
三维造型和分析软件 UG CATIA
碰撞安全分析工程师 结构碰撞分析 乘员保护分析 安全开发 熟悉汽车碰撞安全基本原理和相关法规； 熟悉碰撞安全分析相关软件 （Hypermesh，LS-DYNA，MADYMO， PAM-CRASH）的应用
⒈解析法
⑴建立碰撞力学模型及求解方法的分析 ⑵简单模型的精确分析 ⑶汽车结构设计初期的碰撞概算
优势：建立分析模型
⒉多刚体动力学法
⑴多体分析力学 多刚体动力学 多柔体动力学
⑵计算多体系统动力学 ①基于拉格朗日方程 ②多刚体系统动力学 ③刚-柔混合多体系统动力学
计算机多体动力学分析软件—研究航天器、 机器人等的基础
经验法的例子-安全带的发明
汽车安全带挽救了Baidu Nhomakorabea数人的生命，是对行车安全 的一项重要贡献。美国安全荣誉纪念馆于近期接纳了 三点式安全带的发明人尼·波林。
尼·波林原是一名飞机设计师，1958年他到底特律 沃尔沃汽车公司工作。在考虑汽车遇到紧急刹车或碰 撞事故时，如何能使司机、乘客牢牢地固定在坐位上， 以抵挡住猛烈撞击不受伤害时，他认为，用皮带一边 横跨胸部，一边横跨腰下臀部，从同一固定点由上往 下紧扣，能固牢整个人体。这即是今日人们早已熟知 的三点式汽车安全带。
试验过程和实际碰撞有区别。
作用： ① 研究结构的缓冲吸能特性 ② 检验汽车零部件能否满足汽车碰撞安
全性
特点： ① 受试验方法和装备的先进性的影响 ② 用真实物体在真实碰撞条件下试验
⒊数学分析方法（仿真法）：
主要是应用数学和力学工具进行汽车碰撞 过程的分析方法。解析法、多刚体动力学法、 有限元法等。
发展：经验法、试验法、分析法 ⒈经验法：
单纯凭直觉和经验进行碰撞安全性设 计和改进的方法称为经验法。
①直觉是通过多次相关经验积累产生的； ②经验法以大量汽车碰撞事例为基础。
⒉汽车碰撞试验方法：
主要是通过模拟汽车碰撞事故中的一些 典型的和重要的碰撞过程来获取对不同结构 缓冲吸能特性认识，实质上是通过人为碰撞 事件在短时间内获取足够多经验的一种 “经 验法”。
3.5 碰撞吸能结构的设计
⒈焊点与吸能 焊接强度、焊接形式的因素
a)焊点开裂，弯折变形 b)焊点未开裂，产生充分皱褶变形
⒉壁厚与吸能 壁厚太小不具备吸能条件 壁厚太大不容易变形吸能
壁厚对碰撞变形吸能特性的影响： ⑴碰撞产生的最大阻力不同 壁厚小最大阻力小，壁厚大最大阻力大 ⑵缓冲吸能时间的长短不同 壁厚小吸能（碰撞持续）时间长 壁厚大吸能（碰撞持续）时间短
特点：
① 可以节省碰撞试验次数，成本低、周期短
② 可以进行危险的实验模拟。
仿真是建立相应物理系统的数学模型在计 算机上解算的过程。数学模型是仿真的基础。
3.2 经验法和试验法
⒈ 经验法： 经验法不需要很深的的理论和很高技术
水平，是一种创造。 经验法是最直接的设计方法，但往往不
完善，需要辅以其他方法，将直接经验转 化为科学、使用、可靠的产品设计。
1963年，沃尔沃汽车公司把尼·波林的三点式汽车 安全带注册，并在自产的汽车上装配。同时，沃尔沃 还把安全带发明，免费提供给其他企业使用，以推广 这项保护生命的发明。
经验法的例子-安全气囊的发明
1953年8月18日，美国人约翰，赫特里特 获得了“汽车缓冲安全装置”的美国专利。
赫特里特是一位自学成才的宾夕法尼亚 州工程师，他在1952年的一次事故后，萌发 了设计撞车安全装置的想法。在这次事故中， 他为躲避一个障碍物而猛打方向盘进行制动， 他和妻子都用手臂本能地保护坐在前座中间 位置上的女儿。这次事故后他意识到必须有 一个更好的方法来保护乘员，两周之后他绘 好了设计图纸交给了代理人，这份图纸确定 了今天安全气囊的雏型。
⒊横截面与吸能 相同周长的截面对比
⒋预变形与吸能
预变形：引导结构在碰撞时向设定的吸能 变形方式发展。
3.4 汽车碰撞安全性设计
⒈整车理想碰撞特性 ⑴纵向碰撞理想特性
①保证足够生存空间，不产生过大变形； ②乘坐室外的车体结构尽可能变形，合理吸收 碰撞能量 ⑵侧面碰撞理想特性 ①车门和立柱尽可能大的刚性，变形要小； ②车门内板应柔软
⒉碰撞安全性的反推设计法
碰撞界面→缓冲吸能系统→安全区保护结构系统 →转向盘与内饰系统 →安全气囊系统→ →安全带和安全座椅系统→人体响应←安全法规
第3章 汽车碰撞安全性设计
3.1 概述 3.2 经验法和试验法 3.3 数学分析法 3.4 汽车碰撞安全性设计 3.5 碰撞吸能结构的设计
3.1 概述
汽车碰撞安全性问题分两种情况： ① 新汽车产品的碰撞安全性设计问题 ② 已有汽车产品的碰撞安全性改进问题
新设计有充分的设计空间 改进设计更有挑战性
研究方法
⒉ 试验法：
试验法是一种直接客观的设计与验证方法。 目的是再现实际道路上的车辆碰撞事故并 对其研究。 特点：需要特定的碰撞试验设施，牵引机 构、障碍壁、电测量系统、高速摄影测量系 统、测试用假人。
碰撞试验：
实车碰撞试验
正面碰撞 偏置碰撞
侧面碰撞 追尾碰撞
车车 固定壁 移动壁 翻车
碰撞试验
模拟碰撞试验