第八讲 车身结构分析汽车碰撞安全

碰撞的形式
汽车被动安全法规
目前，关于汽车被动安全性要求的公开规范 主要有法规和民间性质评价程序，规定了对汽车 被动安全性的要求和规范化的试验方法，为车身 结构抗撞性设计指明了目标：
（1）汽车产品认证制度，是国家对汽车产品管 理的一种方式，产品只有通过认证，才能在市场 上销售。汽车安全法规已经成为推动汽车工业技 术进步和不断提高汽车安全性的主要动力之一。 （2）汽车安全性法规中比较有代表性的是美国 联邦机动车安全法规（FMVSS）欧洲法规（ECE）
对汽车碰撞性能提出的要求
2: 后碰 车辆解除制动，变速器置空档，受到48.3km/h， 8800kg的摆锤或障碍物冲击燃料不得超出正碰规 定
后碰
后碰载荷传递路径
可变壁障侧碰
(1)移动台车前端加装可变形吸能壁障冲击试验车辆 驾驶员侧，移动壁障行驶方向与试验车辆垂直，移动壁 障中心线对准试验车辆 R 点，碰撞速度为 （试验速度 不得低于 50km/h）；移动壁障的纵向中垂面与试验车 辆上通过碰撞侧前排座椅 R 点的横断垂面之间的距离应 在±25mm内。 （2）在驾驶员位置放置一个 EuroSID II 型假人, 用以 测量驾驶员位置受伤害情况。在第二排座 椅被撞击侧放置 SID-IIs（D 版）假人，用以测量第二 排人员受伤害情况。（详见第四章规定的碰 撞试验方法）
车身抗撞设计要求
3：后碰 （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）碰撞中维持油箱的存放空间，减小对油箱、 油路挤压
车身抗撞设计要求
4：碰撞后翻车或道路侧翻 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
1．美国汽车被动安全法规
2．欧洲汽车被动安全法规
3．我国汽车被动安全的强制性标准和法规 以欧洲ECE/EEC汽车技术法规体系为主要参考，在具体内容 上紧跟欧、美、日三大汽车法规体系的协调成果，从1993年第一 批强制性标准发布以来，汽车安全方面的标准共有66项，其中主 动安全23项，被动安全24项，一般安全19项
碰撞人员损伤评价指标
（2）胸部忍受撞击的评价价指标： FMSS208规定，碰撞时间大于30ms的加速度不得超过 60g，胸部压缩量小于76.2mm
（3）其他部位的撞击极限性能指标
车身抗撞设计要求
1：正碰 （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 工具可以打开车门
抗压传递路线图
车门铰柱静力强度测试
按照国标GB15086-2013规定
（1）车门铰柱可承受11000N的纵向载荷，铰柱机构不脱开； （2）车门铰柱可承受9000N的垂直向载荷，铰柱机构不脱落。
车顶抗压强度
对汽车碰撞性能提出的要求
翻滚试验示意图：台车
对汽车碰撞性能提出的要求
5： 车内乘员保护 人头模型已24km/h的速度撞击仪表等，若任何时刻 人头产生的加速度值超过80g，那么持续时间不得超过3ms
驾驶员碰撞伤害原因
（1）生存空间丧失，乘员舱外部结构的侵入或乘 员舱的变形，导致乘员生存空间的丧失，使乘员 受到挤压或撞击 （2）碰撞中，乘员生存空间未丧失情况下，乘员 与汽车内部结构的碰撞或被抛出车外被称为二次 碰撞，这也是造成碰撞中乘员伤害的一类主要原 因，措施：座椅和安全带对乘员的约束；通过内 部吸能装置 （3）碰撞后不能快速逃逸与被救援 （4）碰撞火灾
对汽车碰撞性能提出的要求
3：侧向移动障碍物对汽车的冲击： 32.2km/h，8800kg的障碍物沿垂直汽车纵轴方 向冲击汽车（接触面），燃油流出量不超出正碰 规定
可变壁障侧碰
侧碰载荷传递路径
可变壁障侧碰
可变壁障侧碰
对汽车碰撞性能提出的要求
4 ：车顶抗压强度： 加载的力为1.5倍车身或22240N之间较小者位移 量不超出127mm 前视 侧视
力
行人保护和 低速吸能区
变形距离
相容吸能区
车身抗撞设计要求
乘员舱保护区
车身抗撞设计要求
2：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的速度，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
腹部评分
（1）该部位最高得分为 4 分，最低得分为 0 分。假 人腹部得分通过测量假人相关指标而产生，其评价指 标为腹部力，其对应最高分为 4 分，采用高性能限值和 低性能限值来计算。 （2）高性能限值： 腹部力 1.0kN 低性能限值： 腹部力 2.5kN
大小腿评分
1、大腿 （1）高性能限值：大腿压缩力 3.8kN； # 膝盖滑动位移 6mm （2）低性能限值：大腿压缩力 9.07kN （ 0 msec） # 或者7.56kN @ ≥10msec 膝盖滑动位移 15mm 2、小腿 （1）高性能限值：胫骨指数（TI）=0.4； # 小腿压缩力=2KN （2）低性能限值：胫骨指数（TI）=1.3 # 小腿压缩力=8KN
对汽车碰撞性能提出的要求
前碰载荷传递路径
前碰
后碰
（1）将试验车辆驾驶员侧座椅及约束系统仿照原 车结构，固定安装在移动滑车上，滑车以速度变化 量为 16km/h 的特定加速度波形发射，模拟后碰撞过 程。 (2)座椅上放置 BioRID II 型假人，通过测量后碰 撞过程中颈部受到的伤害情况，用以评价车辆座椅 头枕对乘员颈部的保护效果。
车身抗撞设计要求
5：低速碰撞 （1）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
（2）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
100%正面碰撞
(1)试验车辆 100%重叠正面冲击固定刚性壁障（试 验速度不得低于50km/h）。 (2)试验车辆到达壁障的路线在横向任一方向偏离 理论轨迹均不得超过 150mm。 (3)在前排驾驶员和乘员位置分别放置一个 Hybrid III 型第 50 百分位男性假人，用以测量前排人员受伤 害情况。在第二排座椅最左侧座位上放置一个 Hybrid III 型第 5 百分位女性假人，用以测量第二排人员受伤 害情况。在第二排最右侧座位上放置一个 P 系列 3 岁 儿童假人，用以考核员约束系统性能及对儿童乘员的 保护
通常将汽车的碰撞形式分为正面碰撞、侧面碰撞、 后面碰撞和滚翻 ，在交通事故中，发生不同形式碰撞 的比例不同 （1）正碰：占总数比例最高由于已采取了很多成功 措施，人员死亡数只占汽车碰撞事故总死亡人数的比例 并不高 （2）侧碰：占总数比正碰少。由于对乘员的保护比 正碰困难，人员死亡数占汽车碰撞事故总死亡人数的较 高 （3）滚翻：发生的比例虽很小，但死亡率很高，死 亡人数占碰撞事故死亡总人数的，多数是由于乘员被甩 出乘员舱造成的 （4）后碰：发生的比例也很小且通常是低速碰撞， 死亡比例低，颈部的鞭梢性伤害是经常出现的伤害形式
SI a dt
n 0
T
其中为a加速度，为n加权因子，史坦尔克提出： 侧向加速度达到76g，撞击时间超过20ms的为阀值， 超过此限值，人脑的伤害不可逆
碰撞人员损伤评价指标
头部撞击时SI=1000为脑震荡容许值：
2.5 t2 1 HIC t1 t2 a ( t ) dt 1000 t1 t2 t1
我国参照欧洲的ECE R94法规制定了国家强制标准GB 11551-2003 《乘用车正面碰撞的乘员保护》
GB 11551-2003
40%正面碰撞
(1)试验车辆 40%重叠正面冲击固定可变形吸能壁 障。碰撞速度为 63~65km/h;
(2)偏置碰撞车辆与可变形壁障碰撞重叠宽度应在 40%车宽±20mm 的范围内。 (3)在前排驾驶员和乘员位置分别放置一个Hybrid III 型第 50 百分位男性假人，用以测量前排人员受伤 害情况。在第二排座椅最左侧座位上放置一个 Hybrid III 型第 5 百分位女性假人，用以测量第二排人员受伤 害情况。
头部评分
（1）高性能限值： 头部伤害指数（HIC <650；3ms 合 成加速度值 72g （2）低性能限值： 头部伤害指数（HIC>1000；3ms 合成加速度值 88g （3）转向管柱向上位移量 罚分 ≤72mm 0 ≥88mm 1 对于中间值，采用线性插值的方法得出相应分数，并 采用四舍五入的方法保留到小数点后两位。
碰撞伤害机理
（1）头部
（2）颈部伤害
（3）胸部损伤
（4）腹部损伤
（5）其他部位损伤
碰撞人员损伤评价指标
（1）碰撞人体响应的安全指标A，汽车安全法规是以 人体响应为核心定义的：人体响应安全指标A
EC A E
E
为实际测得的指标
EC
为法定规定的指标
碰撞人员损伤评价指标
（2）脑损伤：引入加权方法的碰撞加速度对事 件的积分值来评价伤害指数
HIC值是碰撞过程中头部受到加速度的 综合反映，和碰撞速度和作用时间相关，时 间足够大才能满足要求：
1000 T v0 3 v0
2ຫໍສະໝຸດ Baidu
颈部损伤示意图（1）
100正面碰撞
（1）在这项试验中，可以得到的最高分数为 18 分。 （2）前排假人可以得到的最高分数为 16 分，评分部 位为假人的头部、颈部、胸部、大腿部和小腿部，每个 部位最高得分分别为 5 分、2 分、5 分、2 分和 2 分。 （3）第二排女性假人可以得到的最高分数为 2 分，按 照女性假人身体区域被分为头部、颈部、胸部，每个部 位最高得分分别为 0.8 分、0.2 分、1 分。
颈部评分
（1）高性能限值： 剪切力 Fx 1.9kN (0 msec), 1.2kN (25 – 35 msec), 1.1 kN (45 msec) 张力 Fz 2.7kN (0 msec), 2.3kN (35 msec)， 1.1 kN ( 60 msec) 伸张弯矩 My 42Nm （2）低性能限值： 剪切力 Fx 3.1kN(0 msec)， 1.5kN (25 – 35 msec)， 1.1 kN (45 msec) 张力 Fz 3.3kN ( 0 msec), 2.9kN (35 msec)， 1.1 kN (60 msec) 伸张弯矩 My 57Nm
胸部评分
（1）高性能限值： 压缩变形量 22mm；粘性指数(VC) 0.5m/s （2）低性能限值： 压缩变形量 50mm；粘性指数(VC) 1.0m/s （3）转向管柱向上位移量 罚分 ≤90mm 0 ≥110mm 1 （4）A 柱向后位移量 罚分 ≤100mm 0 ≥200mm 2 对于中间值，采用线性插值的方法得出相应分数，并 采用四舍五入的方法保留到小数点后两位。
汽车碰撞安全
碰撞安全性： 1 主动安全： （1）汽车所具有的减少交通事故发生概率的 能力 （2）研究内容包括汽车的操纵稳定性能、制 动性能、灯光系统和驾驶员视野性能等 2 被动安全： （1）汽车所具有的在交通事故发生时保护乘 员免受伤害的能力 （2）研究内容包括车身结构抗撞性、约束系 统性能、转向系统的防伤性能等
对汽车碰撞性能提出的要求
1：对正面障碍物的冲击 （1）试验中--汽车以48.3km/h的车速撞击障碍物，转向柱 相对驾驶室的移动量不超过12.7cm （2）风窗玻璃安装条完整性
（3）燃料系试验车加满90%-95%的油量冲击试验燃油不超 出30ml，冲击后静力翻车试验转270度，每次90度，在此 头5分钟流出量小于150ml，以后每分钟不超出30ml
大小腿评分
1、大腿、小腿罚分
踏板向后位移量 罚分 ≤100mm 0 ≥200mm 1 踏板向上位移量 罚分 ≤72mm 0 ≥88mm 1
骨盆评分
（1）该部位最高得分为 4 分，最低得分为 0 分。假 人骨盆得分通过测量假人相关指标而产生，其评价指 标为耻骨力，其对应最高分为 4 分，采用高性能限值 和低性能限值来计算。 （2）高性能限值： 耻骨力 3.0kN 低性能限值： 耻骨力 6.0kN