正面碰撞安全性设计基础

Tt 理想曲线 Real Occupant 现实曲线
50
100
Maximum Slope (Acceleration) is Higher Than Ideal 现实曲线的最大斜率大于 理想曲线
Interior Interaction in a Crash 碰撞过程中乘客与车辆内部的接触
V 56km / h 15.56m / s a 40 g 392m / s
2
V2 S 0.309m 30.9cm 2a
乘员胸部约束刚度曲线
---约束系统迟滞18.4ms，位移5.18cm ---乘员相对于汽车最大位移27.85cm ---乘员在相对位移26cm的位置胸部减速度最大
madx
0
t
1 2 mv0 2
a S1 A S1 S 2

1 S 1 2 S1
2 v0 A 2S1
2 v0 a 2( S1 S 2 )
86.7ms,40.9
18.4ms
约束系统迟滞 18.4ms
260, 40.9
对正面碰撞乘员保护不利的因素： • 约束系统的迟滞 • 约束力近视为斜线，而不是理想 的矩形
Action Reaction Direct AB Reaction Direct S/B Reaction Indirect
Floorpan Floorpan Hidden Buckle Mounting
NCAP正面碰撞试验（56km/h）
Test No.: Contract or Study Title: Test Performer: Test Reference No.: Test Type: Test Configuration: Closing Speed (kph): Impact Angle (degrees): Offset Distance (mm): Version No.: Test Objectives: Test Date: Contract No.: Test Track Surface: Test Track Condition: Ambient Temperature (degrees Celsius): Type of Recorder: Total No. of Curves: Test Commentary: 7339 NCAP - 2011 FORD FUSION HYBRID 4-DR SEDAN MGA RESEARCH BT11011701 NEW CAR ASSESSMENT TEST VEHICLE INTO BARRIER 56.5 0 0 V5 VEHICLE CRASHWORTHINESS AND OCCUPANT RESTRAINT PERFORMANCE DATA 1/17/2011 DTNH22-06-D-00028 CONCRETE DRY 21 OTHER 227 TDS TDAS PRO ON BOARD DAS
车辆的减速度大于乘客
正面碰撞开发要求 US NCAP
US-NCAP五星要求: 控制胸部加速度小于等于40g
理想的汽车正面碰撞保护系统需要 的设计空间
• 保证减速度最小的理 想减速为匀减速运动。 V 56km / h 15.56m / s • 美国NCAP要求的正面 2 碰撞速度为56km/h。 a 40 g 392m / s 2 V • 控制乘员胸部减速度 S 0.309m 30.9cm 小于等于40g。 2a • 理想的正面碰撞保护 系统需要的设计空间 欢心鼓舞！！！ 为30.9cm。
约束力是斜线的汽车正面碰撞保护 系统需要的设计空间
• Euro-NCAP要求的正 面碰撞速度为64km/h。 V 64km / h 17.78m / s • 控制乘员胸部减速度 a 40 g 392m / s 2 小于等于40g。 V2 S 0.806m 80.6cm • 约束力是斜线时：正 a 面碰撞保护系统需要 的设计空间为80.6cm 。 • 斜线的约束载荷使设 计空间增加一倍。
汽车、乘员运动速度
---乘员在碰撞发生18.4ms后开始减速 ---车辆在73.9ms时开始反弹 ---乘员在86.5ms时开始反弹
18.4ms 86.5ms
73.9ms
74ms，车辆开始反弹时刻
87ms，乘员开始反弹时刻
汽车、乘员运动位移
---车辆在73.9ms时最大变形71.44cm ---乘员在86.5ms时最大位移96.89cm ---乘员相对于汽车在93.8ms时最大位移27.85cm
第五章：正面碰撞安全性设计基础
同济大学 汽车学院 朱西产
第五章：正面碰撞安全性设计基础 • 汽车碰撞安全性设计基础 • 正面碰撞车身结构耐撞性设计基础 • 约束系统设计基础
碰撞安全性设计理论
Newton’s First Law 牛顿第一运动定律
An object at rest remains at rest, and an object in motion continues in motion with constant velocity unless it experiences a net external force.
Crash Basics 车辆碰撞的基本知识
Probability of Injury is Related to Deceleration
乘客受伤的可能 性取决于减速度
Increasing the Time or Distance Over Which Deceleration Takes Place Will Reduce the Probability of Injury 增加减速过程的时间或者距离可以减少乘客受伤的可能性
260, 40.9
对正面碰撞乘员保护不利的因素： • 约束系统的迟滞 • 约束力近视为斜线，而不是理想 的矩形
278.5
51.8
约束力是斜线的汽车正面碰撞保护 系统需要的设计空间
• 美国NCAP要求的正面 碰撞速度为56km/h。 V 56km / h 15.56m / s 2 a 40 g 392m / s • 控制乘员胸部减速度 小于等于40g。 V2 S 0.618m 61.8cm • 约束力是斜线时：正 a 面碰撞保护系统需要 的设计空间为61.8cm。 • 斜线的约束载荷使设 计空间增加一倍。
乘员“降乘（Ride-down）”效应
试验结果统计表明： 增加Ride-down效 率，能够有效地降低 乘员伤害
S1
71cm
26cm
S2
理想约束系统的Ride-down分析
• 当S2为常数时：
–S1↑，Ride-down↑， a↓
减速度 A
a
S1 S2
v
位移
• 增加正面碰撞的车身 变形量（控制车身冲 击波形），乘员的动 能被车身结构变形吸 收的能量(Ride down 能量)增加，有利于降 低乘员伤害
理想的汽车正面碰撞保护系统需要 的设计空间
• 保证减速度最小的理 想减速为匀减速运动。 V 64km / h 17.78m / s • Euro-NCAP要求的正 2 a g m s 40 392 / 面碰撞速度为64km/h。 2 V • 控制乘员胸部减速度 S 0.403m 40.3cm 2a 小于等于40g。 • 理想的正面碰撞保护 系统需要的设计空间 欢心鼓舞！！！ 为40.3cm。
278.5
51.8
约束系统迟滞 Sd=51.8mm
约束系统迟滞对Ride-down的影响
• 当S1、S2为常数时：
–Sd↑，Ride-down↓ –Sd↑， a↑
减速度 A
a
S1 Sd S2 位移
• 乘员约束系统的迟滞 使乘员的动能被车身 结构变形吸收的能量 (Ride down能量)减 小，不利于降低乘员 伤害
V 56km / h 15.56m / s a 40 g 392m / s 2 V2 0.618m 61.8cm S Sd a S d 56.5 / 3.6 *18.4 289mm 28.9cm S 61.8 28.9 90.7cm
约束力形状对Ride-down的影响
1 2 mv0 2 1 S2 1 S1 S d
madx
0
t
v

a ( S1 S d ) S1 S d AS1 S1 S 2 S d
2 v0 a 2( S1 S 2 S d )
2 v0 A 2 S1
260, 40.9
对正面碰撞乘员保护不利的因素： • 约束系统的迟滞 • 约束力近视为斜线，而不是理想 的矩形
Real Occupant Crash Velocity 现实中的乘客碰撞速度
60 50
Velocity (Kph)
Sensing Time 传感器检测到信号 Seat Belt Acting 安全带发生作用 Seat Belt & Airbag Acting 安 全带及安全气囊同时发生作用
40 30 20 10 0 -50 0
FUSION (FORD)
车重： 2132 Kg 前桥荷载： 1130kg 后桥荷载： 1002kg 乘员+行李： 385kg
用司机胸部代表车内乘员的运动
---乘员胸部减速度最大值40.9g
86.7ms,40.9
18.4ms
0ms，碰撞初始时刻
18ms，约束起作用时刻
87ms，乘员胸部减速度最大时刻
Crash Basics 车辆碰撞的基本知识
Impact Velocity
车内空间
Interior Room
+ Vehicle Crush
车辆变形产生的空间
Available Restraint Distance