汽车被动安全性讲解

实车正面碰撞试验时采用固定障壁，障壁布置有 全宽如40%重叠偏置两种，见图4-77和图4-78。
图4-77 正面全宽碰撞试验 固定障壁，50km/h
图4-78 正面40%重叠偏置碰撞试验 蜂窝状铝合金变形障壁，56km/h
5-摄影机从右侧摄试验车A 和移动障壁
6-摄影机从左侧摄试验车A 移动情况
前部气囊(airbag)在发生碰撞时，被以突然爆炸方式 充气，在乘员与气囊接触前充满。
气囊与乘员接触时，立即部分泄气，并以生理上可 承受的表面压力和减速力，柔和地吸收能量，这时 至少在很大程度上可以减小乘员头部和胸部损伤。
驾驶员前部气囊容积50~60L，应在30~35ms时间内 充满氮气；副驾驶前部气囊容积100~140L，要求在 50ms内充满。
侧向碰撞试验采用移动 变形障壁。试验车A静 止，移动障壁B向前运 动，运动方向与试验车 中轴线成63°角，速度 53km/h。 图示为碰撞左侧的情况， 碰撞右侧与此类似，移 动障壁的碰撞材料为铝 制蜂窝状材料。
图4-79 侧向碰撞试验
正面碰撞中的试验车以及侧向碰撞中的移动障壁可 用电机牵引加速，也可用牵引车牵引加速。 为了确定碰撞试验中车内乘员所受伤害的严重程度， 要在试验车内放置假人。 试验用假人的各部肢体在形状、运动学和动力学性 能方面都和真人相似，并能模拟人体的若干动作。 头部还附有软化材料模拟肌肉和皮肤。在头、胸、 背和大腿部位装有传感器，测定减速度和负荷。
轿车平均碰撞速度不超过35km/h。 汽车速度超过40 km/h，则常会导致行人死亡。 载货汽车，20km/h的速度已可使行人头部受到致 命伤害。
评价被动安全性的最简单指标是“事故严重程度因 素”F，即
F Ns / Nsh
Ns—事故中死亡人数(当场死亡或事故后存活 不超过7昼夜的)；
Nsh—事故中的受伤人数。 各国统计数据表明，—般在1/5～1/40范围内。
汽车被动安全性
一、车辆事故分析和被动安全性的评价方法 二、车内被动安全性 三、外部被动安全性 四、被动安全性试验
一、车辆事故分析和被动安全性的评价 方法
(一)分析车辆事故 道路交通事故的统计和分析是研究汽 车被动安全性基础。根据事故统计，了 解事故与气候、道路、时间以及驾驶员 和车外人员的年龄等的关系(影响因素)， 并找出发生频数最多的那一部分事故(即 所谓“典型事故”），便于集中力量进 行研究。
有50%以上的正面碰 撞事故的速度高于 60km/h，而90％的追 尾碰撞事故的速度低 于30km/h。
图4-62 轿车碰撞事故类型分布
事故中头、胸、下腹和 脊椎等部位伤害是主要 致死原因。
轿车各座位的危险系数k
0.25
0.2
0.15
0.1
0.05
0 座位
驾驶员 0.184
副驾驶员 0.229
后左座 0.149
图4-66 汽车与固定障碍相撞时减速度的变化 a)平均减速度沿车长方向分布
b)质心处减速度随时间变化过程
为了降低正面碰撞时的减速度，在轿车前部做 成折叠变形区(图4-67)。这样，在撞车时可提供 400mm~700mm的变形行程，通过前部折叠区的 变形来吸收撞车时的动能。
图4-67 轿车各部不同的刚度(乘坐区刚度大,保证乘员的生存空间)
2.载货汽车的外部被动安全性
载货汽车与轿车相比，其质量、刚度和尺寸都要 大得多，在与轿车正面相撞时，轿车损坏比载货 汽车严重得多。 特别是两者尺寸相差悬殊时，轿车往往“楔入” 载货汽车下面，轿车的前部折叠区不能发挥作用， 而导致乘坐区受到破坏。故对于尾部离地高度不 小于700mm车辆应装后保险杠，保险杠安装高度 一般为380～560mm。尾部缓冲装置
用于侧向碰撞试验的假人是专门设计的，与正面碰 撞试验用的假人有很大区别。
后中座 0.167
后右座 0.171
轿车各个座位的危险系数
图4-63 撞车中轿车驾驶员受伤过程 图4-64 撞车中轿车前排乘客受伤过程
受伤部位分布
撞车中轿车前排乘客 无安全带/有安全带受伤过程
1-头 2-面部 3-颈 4-胸部 5-上肢 6-腹部 7-下肢
图4-65 事故中轿车乘员身体各部位受伤分布
无安全带的死亡事故在使用了安全带以后可转化为重 伤或轻伤。
图4-71 安全带效果
50km/h撞墙试验时乘员头部的减速度如右图，三点 式安全带可使头部减速度降低一半。
图4-72 以50km/h撞墙试验时汽车与乘员减速度变化情况
为了避免在严重事故时乘员过分前移，在安 全带上增设了收紧器。 在碰撞时 收紧器被触发 收紧作用的时间约为5ms 乘员最大前移距离约1cm 因而减小了汽车和乘员间的速度差。
1.轿车与行人的碰撞
在轿车与行人碰撞过程中，首先行人腿部撞到保险杠 上，然后骨盆与发动机罩前端接触，最后头部撞到发 动机罩或挡风玻璃上。 这时行人被加速到车速，这就是所谓的“一次碰撞”。 车速越高，头部撞击点越靠近风挡玻璃。 由于汽车制动使行人与汽车分离，行人以与碰撞速度 相近的速度撞到路上，这是“二次碰撞”。
从减轻事故中受伤程度看，行人与保险杠的碰撞部 位在膝盖以下为好，希望保险杠降低。保险杠过低， 会加大头部在发动机罩或挡风玻璃上的撞击速度。
保险杠高度取为330~350mm是合适的，可保证大部 分行人的碰撞部位发生在膝盖以下。
保险杠应该没有尖角和突出部，并且适当软化。
从安全角度看，发动机罩前端圆角半径应 大些，机罩高度低，挡风玻璃倾角小。 在头部撞击区要求妥善软化，并且取消突 出部，如雨刷在停止状态时应位于发动机 罩下，不设导雨槽等。
在有的事故中还发生行人被汽车辗压。 这是“三次碰撞”。
图4-75 撞人事故中行人动态示意图
决定行人伤害 严重程度的主 要因素是一次 碰撞的部位和 汽车与人体碰 撞的部件形状、 刚度。
图4-76 行人/轿车碰撞结果统计
汽车前部的形状参数和刚度对碰撞的影响
汽车前后均应装保险杠。设计合理的保险杠不仅应 考虑内部被动安全性，也要顾及外部被动安全性。
载货汽车与行人相撞造成的伤亡远比轿车严重。
这是因为一次碰撞中，无论是长头还是平头驾驶 室的载货汽车，都不可能存在轿车事故中的行人 身体在发动机罩上翻转过程，而是在很短时间内 行人被加速到货车速度，易于造成人的伤亡。
驾驶室上突出的后视镜、驾驶员踏板以及保险杠 也容易使行人头部、骨盆和大腿受伤。
汽车被动安全性试验应尽量再现典型的公路撞 车事故的现象。 试验中需要测量车辆的变形、减速度及负荷。 必要时在车内设置试验用假人，测定有关部位 的负荷及变形情况。
7-试验车A发动机罩上方摄 影机观察前面假人
8-试验车A侧面摄影机观察 前面假人移位
9-试验车A侧面摄影机观察 后面假人移位
10-24幅/s实时摄影机
图4-79 侧向碰撞试验
1-上方摄影机摄试验车A动态性能 2-上方摄影机摄碰撞平面 3-移动障壁B上的摄影机摄碰撞点 4-移动障壁B上的摄影机摄碰撞边
图4-67 轿车各部不同的刚度(乘坐区刚度大,保证乘员的生存空间)
侧向碰撞时，由于碰撞部位的装饰件和结构件允许 的变形行程很小，吸引能量的能力远小于前部和后 部，因而引起的车内的严重变形对乘客伤害的危险 性很高。
伤害危险性很大程度上取决于轿车侧部结构强度(立 柱和车门的联接、顶部及底部与立柱的联接)、底板 横梁和座椅的承载能力以及门内板的设计。
正面碰撞占64％以上， 其中50%是车前左侧 （右侧通行）。
侧面碰撞是第二种常 见事故类型。
大客车追尾碰撞比例 高于轿车，大客车右 后角更容易被碰撞。
图4-62 右侧通行的轿车碰撞 事故类型分布
1.碰撞部位分布
翻滚 侧翻
后部
正前部
右前部
侧部 左前部
前部
从撞车速度来看，正 面撞车速度高于侧向 撞车和追尾碰撞。
应保证主撞车不致侵入被撞车的乘员空间。
2.限制乘员位移 轿车驾驶员和前排乘客多用三点式安全带 后排乘客或载货汽车、大客车乘员也有用腰部安全 带的，赛车乘员则用四点式。
图4-70 安全带形式
安全带的惯性式锁紧装置只要拉伸速度超过设 计速度就可以把安全带拉紧。
腰部固定点承载能力不应低于22.7kN，肩部固 定点则应高于22.9kN。 在正常行驶时，安全带可以任意伸长而不妨碍 驾驶员的操作和乘员的基本活动。
折叠区的变形力应满 足梯度特性。 即可分为五个区 行人保护 低车速保护 对事故对方共存保护 自身保护(针对本车乘 员) 生存空间
图4-68 轿车前部变形力梯度后 逐渐增加，使得 撞车力较小时， 变形仅限于前部 零件。
图4-68 轿车前部变形力梯度特性
后部撞车的速度较低，轿车后部折叠区的变形过程约 为300~500mm。备胎后置有助于减小冲撞加速度，而 油箱位置则必须避开折叠区。 行李箱盖边缘不能穿过后窗而撞入车内。
事故中人体内伤和脑损伤与减速度直接 有关，骨折与作用力有关，组织损伤与 剪切应力有关。
研究汽车内部被动安全性的重要内容是 降低人体的减速度。
1.安全车身
在轿车发生正面碰撞或碰撞固定障碍物时，前部出现特 别大的平均减速度jcp(300～400)，向后逐渐降低。其质 心位置的平均减速度jcp为40~60，瞬时值可达80~100g。
驾驶员的最大前移 空间通常为12.5cm， 气囊放气时间约 100ms，碰撞和能 量吸收全过程约在 150ms内完成。
图4-73 乘员前部防护 1-安全带收紧器 2-前排乘员气囊 3-驾驶员气囊 4-传感器和备用电源
安全气囊
安全气囊可以不必限制乘客的正常活动。安全 气囊的作用情况，传感器1在撞车发生时可感知车身 变形和减速度，撞车信号通过引爆装置2使气体发生 器3产生了高压氮气和氩气进入安全气囊4。气囊可 在50ms内充气完毕，保护乘客的头部和上身。事故 发生后经过100ms，气囊的气体通过专门的孔放出， 乘客可以自由活动。使用安全气囊的缺点是在放气 时形成160～180dB的声压，另外成本高。