汽车碰撞安全性课件

汽车碰撞安全性基础课件第一章汽车碰撞安全性概述碰撞安全性的定义与重要性乘员与行人保护逃生与救援便利核心性能指标在碰撞事故中最大限度确保车内乘员和车合理的结构设计确保事故后车门可正常开碰撞安全性已成为衡量汽车整体性能的关外行人的生命安全,降低伤害程度启,便于乘员快速逃生和救援人员施救键指标,直接影响消费者购买决策安全设计守护生命现代汽车采用先进的车身结构设计和安全技术,在碰撞瞬间通过合理的能量吸收和分散机制,为乘员创造最大的生存空间碰撞安全性发展历程1世纪初期20汽车诞生初期几乎没有安全设计概念,车辆结构简单刚性,碰撞事故致死率极高2年代1950三点式安全带发明并逐步普及,标志着被动安全技术开始受到重视,大幅降低了乘员伤亡率3年代1970-1990安全气囊技术成熟应用,车身吸能结构设计理念确立,碰撞安全法规体系逐步完善4世纪至今21全球汽车碰撞安全研究现状欧美日成熟体系中国快速追赶新能源新挑战欧洲Euro-NCAP、美国IIHS和NHTSA、日本C-NCAP于2006年启动,法规标准不断向国际电动汽车电池安全、高压系统防护、热失控管J-NCAP等评价体系已运行数十年,法规标准接轨,测试难度逐年提升,国内车企安全技术理等带来全新课题,需要建立针对性的测试标严格且持续更新,推动全球安全技术进步水平显著提高准和安全设计方法•2024版新规更严格•电池碰撞安全•五星评价体系完善•新能源车专项评价•高压断电保护•测试项目全面细致•智能安全纳入考核•热扩散控制技术•行人保护要求严格第二章乘员碰撞伤害与伤害评价理解碰撞过程中人体受到的伤害机制是安全设计的基础本章将详细解析不同部位的伤害类型、生理响应特点以及科学的伤害评价方法乘员伤害类型及机制头部伤害胸部伤害四肢伤害包括颅骨骨折、脑震荡、脑内出血等,是碰撞中肋骨骨折、内脏损伤、心肺挫伤等,主要由前向股骨、胫骨骨折,膝关节韧带损伤等,多发生在最危险的伤害类型,与头部加速度和撞击物硬度碰撞时安全带或方向盘压迫导致,胸部变形量是正面碰撞中下肢与仪表板、踏板接触时密切相关关键指标碰撞力通过车身结构传递至人体,引发复杂的生理反应人体各部位的耐受极限不同,头部最为脆弱,需要优先保护伤害过程涉及冲击力学、生物力学等多学科知识,对安全系统设计提出了极高要求伤害评价指标头部伤害准则胸部压缩率HIC通过积分计算头部加速度与时间的关系,HIC值越高伤害越严重胸部最大变形量与初始厚度的比值,标准要求不超过22%,同时考虑HIC15标准要求15毫秒内HIC值不超过700胸部加速度和粘性准则VC颈部伤害准则腿部伤害指标Nij综合考虑颈部轴向力和弯矩,评估颈部拉伸、压缩、弯曲等复合伤包括股骨轴向力不超过10kN、胫骨指数TI

1.

3、膝关节滑移量害风险,临界值通常为

1.0等多个参数,评估下肢骨折风险这些标准化指标源于大量的尸体实验、志愿者测试和事故数据统计,通过数学模型将复杂的伤害机制量化为可测量的物理参数,为安全系统设计和碰撞试验评价提供科学依据真实案例分析伤害机制揭秘:侧面碰撞头部受伤分析某轿车在十字路口遭遇侧面撞击,驾驶员头部撞击B柱导致严重脑损伤事故调查显示:•撞击侧门内板侵入量达35cm•侧气囊未及时展开•头部峰值加速度超过120g•B柱内衬缓冲材料不足碰撞瞬间结构变形头部撞击对方车辆以50km/h速度侧向撞击,巨大冲击力传递至车身侧围车门防撞梁强度不足,侧围大幅内侵,压缩乘员生存空间乘员身体侧移,头部直接撞击B柱硬质结构,造成严重创伤安全带与气囊协同作用:在正面碰撞中,安全带预紧器首先锁止织带,将乘员牢牢固定在座椅上,限制前向位移随后气囊展开,在乘员头胸部与硬质内饰件之间形成柔软缓冲层,延长减速时间,降低峰值冲击力两者配合使头部HIC值可降低40%以上,胸部压缩率减少30%,大幅提升生存概率第三章汽车碰撞安全性技术法规法规标准是汽车碰撞安全的基石,规定了车辆必须满足的最低安全要求本章将介绍全球主要法规体系及其对汽车设计的深远影响主要国际法规介绍欧盟法规与美国标准日本ECE Euro-NCAP FMVSSJ-NCAP法规体系:ECE R94正碰、R95侧碰、强制标准:FMVSS208乘员保护、214侧测试特点:重视行人保护和预防安全技术评R100电动车等强制性法规碰、301燃油系统完整性价评价标准:Euro-NCAP五星评级,包括成人保评价机构:NHTSA五星评级和IIHS Top独特项目:后座乘员保护评价、头部侧气囊护、儿童保护、行人保护、安全辅助四大模Safety Pick认证效果测试块•25%小重叠正碰测试严格•儿童约束系统评价细致•2024年新增远端侧碰测试•车顶强度要求高于欧洲•自动紧急制动评分权重大•对主动安全配置要求提高•鞭打测试评估颈部保护•针对亚洲人体工学设计•行人与骑行者保护权重增加中国汽车碰撞安全法规现状核心标准体系GB/T24550-2009:行人保护测试方法国家标准,规定了头型、腿型试验程序和伤害阈值,与欧盟法规基本一致2024年新国标:乘用车后碰撞安全要求正式实施,填补了我国后碰法规空白,要求燃油系统完整性、高压系统防护、车门开启性能等指标达标GB38031-2020:电动汽车碰撞后安全要求,涵盖电压安全、电解液泄漏、电池起火等新能源车特有风险法规对汽车设计的影响正向开发法规驱动在概念设计阶段就考虑碰撞安全法规要求强制性标准和评价体系明确设计底线和目标仿真优化通过CAE分析预测碰撞性能,优化结构设计持续改进实车验证法规升级推动安全技术不断创新突破进行多轮碰撞试验,验证设计达标性碰撞安全法规不仅规定了测试项目和合规要求,更深刻影响着汽车设计理念和技术路线为满足日益严格的标准,车企必须在车身结构、材料选择、约束系统配置等方面持续投入研发,这直接推动了高强钢应用、多气囊配置、主动安全系统普及等重大技术进步可以说,法规是安全技术创新最强大的驱动力第四章车身结构安全性设计车身结构是碰撞安全的第一道防线科学的结构设计能够有效吸收碰撞能量,保护乘员舱完整性,为生命安全构筑坚固堡垒白车身结构设计原则1吸能区与乘员舱分离前后吸能区采用薄壁梁柱结构,碰撞时有序压溃变形吸收能量;乘员舱采用高强度笼式结构,确保变形量最小化,形成溃缩吸能+刚性保护双重机制2多传力路径设计通过纵梁、横梁、加强件形成网状传力路径,使碰撞力沿多条路径分散传递,避免应力集中导致局部失效,提高整体结构鲁棒性3高强度钢材应用A/B柱、门槛梁等关键部位采用1500MPa级热成型钢,兼顾高强度与良好韧性;前纵梁等吸能部件使用600MPa级双相钢,实现可控压溃4轻量化与安全平衡铝合金、碳纤维复合材料用于非关键区域减重,通过拓扑优化、截面优化设计,在降低重量的同时保持甚至提升碰撞性能结构变形控制技术•设置诱导槽、压溃筋控制变形模式•关键连接点采用激光焊接提高刚度•车门内防撞梁限制侧向侵入•地板加强件保护电池包新能源车行人保护设计要点发动机盖缓冲区设计足够的发动机盖与硬点如发动机本体之间的间隙,通常要求≥60mm,碰撞时发动机盖下沉变形,避免行人头部直接撞击发动机柔性前端结构保险杠采用塑料+泡沫吸能结构,降低对行人腿部冲击力;散热器支架等部件采用可溃缩设计,减少对躯干伤害柱基部优化AA柱下端与挡风玻璃交界处是行人头部高风险撞击区,通过增加缓冲垫、优化结构刚度降低HIC值主动弹起式发动机盖传感器检测到碰撞行人时,驱动执行器将发动机盖后端抬升50-100mm,增大缓冲空间,降低头部伤害30%以上商用车结构安全设计特点刚性车架结构货车、客车多采用梯形或边梁式车架,截面模数大、刚度高,能够承受大变形工况而不丧失承载能力,但吸能效果相对较弱,需额外设计防护装置前部防护装置FUPS按GB26512标准设置前下部防护杠,防止与轿车碰撞时钻入轿车底部,保护小车乘员;同时考虑对行人腿部的缓冲作用侧面防护与后部防护重型货车必须安装侧防护杠防止摩托车、自行车钻入和后防护装置防止追尾事故中小车钻入货厢下方驾驶室翻转试验卡车驾驶室需通过翻转试验,确保翻滚事故中乘员生存空间不被侵入,支柱、门框等结构保持完整特殊碰撞工况考虑客车考虑侧翻、后部碰撞、多车连环追尾等复杂场景;罐车关注液体晃动对结构的冲击效应;校车强化侧围强度和逃生门设计第五章乘员约束系统原理及设计约束系统是保护乘员的核心装备,通过安全带、气囊、座椅等部件的协同作用,在碰撞瞬间有效约束乘员身体,降低与车内硬质部件的撞击风险安全带系统三点式安全带发展历程1959年,沃尔沃工程师尼尔斯·博林发明了三点式安全带,将肩带和腰带固定在三个点上,使碰撞力分散到胸部、肩部和骨盆等人体强壮部位,避免集中在腹部造成内脏损伤这一划时代发明使交通事故死亡率下降了50%以上,被誉为拯救生命最多的发明沃尔沃放弃专利独占,向全行业免费开放,促进了安全带的全球普及预紧器技术限力器技术安全贡献碰撞瞬间约10ms内通过火药或电机驱动,回收织带松弛量5-15cm,当织带拉力超过阈值3-4kN时,扭杆塑性变形或卷收器释放织带,限预紧+限力配合使胸部伤害降低25%,头部前移量减少30%,生存率大使乘员紧贴座椅,防止前冲制胸部受力,防止肋骨骨折幅提升未系安全带的严重后果:在50km/h正面碰撞中,未系安全带的乘员会以50km/h速度撞向方向盘或仪表板,冲击力相当于从4层楼坠落,死亡风险增加3-5倍后排乘员不系安全带,碰撞时会撞向前排座椅靠背,对前排乘员造成二次伤害安全气囊技术前排双气囊侧气囊与侧气帘新型气囊技术驾驶员气囊容积60-80L,方向盘中央展开;乘员气囊容积120-150L,仪表板侧气囊安装在座椅侧翼或车门内板,保护胸腹部;侧气帘从A柱延伸至C柱,膝部气囊:安装在仪表板下方,保护驾驶员膝盖和小腿,防止下肢骨折行内展开充气时间约30-50ms,在乘员前移到位前形成保护采用双级覆盖所有侧窗区域,保护头部侧碰留给气囊的时间更短15-25ms,要求人气囊:碰撞行人时从发动机盖下方展开,覆盖A柱和挡风玻璃下沿硬质或多级充气,根据碰撞强度调节展开力度传感器响应极快区域中央气囊:安装在前排座椅之间,侧碰时防止乘员相互碰撞传感器与触发机制•加速度传感器监测碰撞强度和方向•压力传感器检测车门变形侧碰•ECU在10ms内完成数据分析和决策•雷达传感器预判行人碰撞行人气囊•多级展开算法优化保护效果座椅与头枕设计主动式头枕防鞭打座椅骨架强度后碰撞时,乘员身体后仰压迫座椅座椅靠背骨架需承受后碰时乘员靠背,触发机械或电子装置,使头枕惯性力而不发生过度后倾,标准要快速向前移动并上扬,缩短头部与求承受相当于20倍座椅重量的后头枕距离,支撑头部,防止颈部过度向力高强度钢管焊接结构+优化后伸造成鞭打伤优秀设计可使的铰链设计确保结构完整性颈部伤害降低50%能量吸收泡沫座垫和靠背填充物采用多密度聚氨酯泡沫,表层较软保证舒适性,深层较硬提供支撑碰撞时泡沫压缩吸能,延长身体减速时间,降低峰值载荷现代安全座椅已成为高度集成的安全系统,集成了安全带预紧器、侧气囊、压力传感器、头枕主动调节等多项技术座椅不再仅仅是支撑身体的部件,而是保护乘员的重要防线,其设计需综合考虑人机工程、碰撞保护、舒适性等多维度要求第六章汽车碰撞安全性试验碰撞试验是验证安全设计有效性的关键手段通过模拟真实事故场景,全面评估车辆保护性能,为持续改进提供数据支撑实车碰撞试验正面碰撞试验侧面碰撞试验后碰撞试验100%正碰:以50km/h速度撞击刚性壁障,评估移动壁障侧碰:950kg台车以50km/h速度撞击静态后碰:移动壁障以50km/h撞击静止车辆后正面完全碰撞保护性能驾驶员侧车门,评估侧围强度和侧气囊效果部,评估燃油系统完整性、高压系统安全、车门开启性40%偏置碰:以64km/h速度碰击可变形壁障,柱碰试验:车辆以32km/h速度侧向撞击刚性考验结构不对称受力下的保护能力,难度更高柱,模拟撞路灯杆场景,重点评估头部保护座椅鞭打试验:模拟后碰时乘员-座椅相互作用,评估头枕保护效果和颈部伤害风险25%小偏置:以40km/h撞击小范围障碍物,模远端侧碰:撞击副驾驶侧,评估对侧乘员保护和拟撞树或电线杆等极端工况中央气囊作用每项试验都安装有各类传感器的假人,车内外布置高速摄像机1000帧/秒以上记录碰撞过程,试验后详细分析假人伤害数据、结构变形量、约束系统工作时序等,综合评价安全性能零部件模拟碰撞试验台车试验将座椅、约束系统安装在台车上,通过液压或气动装置驱动台车加速至设定速度后突然减速,模拟碰撞工况,评估零部件性能•安全带预紧器功能验证•气囊展开时序与形态测试•座椅强度和头枕性能验证•儿童座椅固定系统测试优势:成本低、周期短、可重复性好,便于优化设计参数台架试验针对单个零部件或总成进行准静态或动态加载测试,验证结构强度和材料性能•保险杠总成低速碰撞试验•车门防撞梁三点弯曲试验•转向柱溃缩性能测试•电池包挤压、针刺、跌落试验可在开发早期发现设计缺陷,指导结构优化,降低整车试验风险碰撞试验用人体模型系列假人侧碰假人Hybrid IIIES-2re/WorldSID最广泛应用的正面碰撞假人,有50th成年男性、5th女性、各年龄段儿童等型号颈专用于侧面碰撞试验,胸腹部装有肋骨传感器测量变形,盆骨、肩部装有力传感器部、脊柱、四肢采用仿生设计,响应特性接近真人,头部、胸部、腿部安装加速度计、力WorldSID为新一代侧碰假人,生物仿真度更高,测量能力更强,逐步成为国际主流传感器、位移传感器等,全面测量伤害参数鞭打假人系列儿童假人BioRID Q用于后碰鞭打试验,颈椎结构精细,有24个独立传感器测量颈部各段的弯矩、剪切力,准确包括Q0新生儿、Q11岁、Q33岁、Q66岁、Q1010岁等,模拟不同年龄儿童体态评估颈部复杂受力状态和损伤风险和响应特性,评估儿童约束系统和车辆对儿童的保护效果现代假人是高度复杂的精密仪器,单个成年假人造价数百万元数据采集系统以10,000Hz以上频率记录数百路信号,试验后需专业软件处理分析海量数据,计算各项伤害指标,生成详细评估报告碰撞试验数据处理与分析数据采集系统•假人体内加速度计头、胸、盆骨等•载荷传感器颈部、腰部、大腿、小腿•位移传感器胸部压缩、膝部滑移•高速摄像机车内外多角度•车身变形测量靶点•约束系统工作传感器所有信号通过车载数据采集器实时记录,采样率达10kHz以上,确保捕捉碰撞瞬间快速变化的物理量原始数据滤波1采用CFC滤波器SAE J211标准去除高频噪声,保留真实碰撞信号伤害指标计算2根据传感器数据计算HIC、胸部压缩率、颈部Nij等各项伤害准则视频分析3高速摄像回放分析假人运动轨迹、约束系统工作时序、结构变形过程综合评价4对比法规限值和评价标准,给出各身体部位保护等级和总体星级评价问题诊断5找出薄弱环节,提出改进方向,指导下一轮设计优化第七章未来趋势与挑战汽车安全技术正经历深刻变革智能化、电动化、网联化为碰撞安全带来新机遇和新课题,需要在理念、技术、标准等方面持续创新突破智能网联汽车与主动安全自动驾驶传感器融合L3-L5级自动驾驶车辆可主动识别危险、规划路毫米波雷达、激光雷达、摄像头、超声波多传径、执行避障,从根本上预防碰撞发生感器协同,360度无死角监测碰撞预判自动紧急制动大数据和AI算法预测事故概率,提前调整约AEB系统识别前方障碍物,驾驶员未响应时束系统参数,实现预碰撞保护自动制动,将碰撞速度降低40%以上车联网技术车道保持辅助V2V/V2I通信实现车辆间、车与基础设施间信LKA监测车道线偏离,主动修正方向盘转角,防止息共享,提前预警潜在碰撞风险因疲劳驾驶导致的侧面碰撞自动驾驶对碰撞安全提出新要求:当乘员处于非传统坐姿躺卧、侧坐时,约束系统如何有效保护车辆接管过程中的过渡期安全如何保障系统失效时的应急机制如何设计这些都需要全新的研究和测试方法安全设计守护每一次出行,永恒的课题碰撞安全是汽车工业永恒的课题从最初的刚性车身到现代的智能约束系统,从被动防护到主动预防,每一次技术进步都以挽救生命为最高目标持续的创新面对新能源、智能网联的时代浪潮,安全技术必须持续创新电池碰撞安全、自动驾驶失效保护、新型约束系统等前沿课题,需要产学研各界通力合作,突破技术瓶颈工程师的使命法规的推动社会的责任每一位汽车工程师都肩负着守护生命的神圣使命严日益严格的安全法规和评价标准,持续推动技术进步,倒构建更安全的交通环境需要全社会共同努力:完善道路谨的设计、精密的测试、不断的优化,铸就安全之盾逼车企提升安全性能,保障公众利益设施、加强安全教育、培养文明驾驶习惯安全是回家唯一的路让我们携手并进,以科技创新为引擎,以人文关怀为灵魂,在汽车碰撞安全领域不断攀登新高峰,守护每一位出行者的生命安全,让每一次旅程都平安抵达。