汽车碰撞安全基础 (19).pdf

第9讲：汽车侧面碰撞保护1.侧面碰撞保护设计评价方法2.侧面碰撞过程分析3.侧面碰撞缓冲衬垫设计对假人伤害值的影响知识点分割、停顿点侧面碰撞保护设计评价方法 通常发生在交叉路口，一车撞击另一车的侧面，在汽车碰撞事故中占有很大比例 侧面柱碰撞，发生比例较小，欧洲法规及欧美NCAP有要求侧面碰撞事故Page 3美国侧面碰撞法规 FMVSS 214 可变形移动壁障(MDB)模拟碰撞车辆质量=1361 4.5 kg速度=15 m/s(54 km/h)Page 4汽车碰为什么有一个碰撞角度？欧洲侧面碰撞法规 ECE R95 可变形移动壁障(MDB)碰撞角度：台车与被测车辆垂直质量=950 20 kg速度=50 km/hPage 5侧面柱碰撞 90柱碰撞（垂直柱碰撞）被测车辆被侧向推进速度=29 km/h刚性柱直径=254 mm Euro-NCAP，KNCAP，ANCAP 等新车评价规范都采用 使用 ES-2 50th 假人 对车身侧面结构造成严重的侵入，需要侧面头部碰撞保护气囊Page 6侧面柱碰撞 75柱碰撞（斜向柱碰撞）被测车辆被斜向推进速度=32 km/h刚性柱直径=254 mm FMVSS 214 中使用该试验形式 Pole Side Impact 组织推荐使用WorldSID 50th 假人Page 7 不同的测试可能使用不同的假人，采用的伤害指标及要求也有差别胸部伤害指标 TTI 85 g 骨盆加速度 130 g 骨盆峰值力 6,000 N胸部压缩量 38%胸部压缩量 44 mm胸部黏性指标，VC 1.5 m/s头部伤害准则，HIC 1000腹部伤害准则，最大压力 2,500 N侧面碰撞伤害指标及要求Page 8知识点分割、停顿点侧面碰撞过程分析 侧面碰撞与正面碰撞对比，类似但不完全相同侧面碰撞的过程分析Page 10侧面碰撞正面碰撞车门入侵碰撞波形乘员相互作用乘员乘降ride-downMDB 侧面碰撞波形和典型过程（所有速度均为相对地面）Page 11车门保持较高速度继续向内侵入MDB与车辆整体达到相同速度后一起移动假人骨盆从车门侵入获得速度MDB,车门和假人髋部达到相同运动速度车门侵入速度大于车辆被推开的速度假人被推开的速度大于车门侵入速度See video:test_basis_withbag2车门获得MDB运动速度Figure source:“Vehicle Crashworthiness and Occupant Protection”,American Iron and Steel Institute,2004.MDB 与被撞车辆之间（主要动量交换）MDB 推动被撞车辆，被撞车辆的速度逐渐增加，MDB的速度逐渐下降，最终两者达到相同速度 两者质量大致相当，这一过程满足动量守恒定律 MDB 与车门之间由于车门质量小，碰撞时速度上升很快，最终几乎等于MDB的初速度，形成车门侵入速度 侵入的车门与假人之间假人的骨盆（髋部）被侵入的车门推动，迅速从车门获得速度侧面碰撞过程中动量的交换Page 12 车门迅速变形，获得很高的侵入速度 与正面碰撞不同，侧面碰撞时缓冲空间很小 乘员碰撞保护的对策和措施 保证车内乘员的生存空间，减小车门侵入距离 增加侧面结构的强度，但会增重 限制作用到假人身体上的载荷峰值 在车门内布置限力装置 侧面碰撞气囊，泡沫缓冲垫 在车门与假人相互作用的过程中用分散的力把假人推开侧面碰撞安全性设计面临的挑战Page 13侧面结构的侵入Page 14Figure Source:Dr.Li Guangjun,Advanced Topics in 碰撞前车门的外轮廓和内轮廓碰撞后车门的外轮廓和内轮廓大约 300 mm 的侵入假人被推开假人和车门之间的空间关系Page 15推开衬垫 pusher间隙MDB假人理解假人和车门之间不同位置的间隙和接触时间是侧面碰撞保护装置设计的关键后视图前视图侧面碰撞中车门的变形Page 16碰撞前碰撞后 如果没有缓冲垫，车门与假人高速接触时，会给假人施加很大的冲击力 缓冲垫一般为低密度、高能量吸收能力的泡沫材料 缓冲垫的位置 肩部泡沫缓冲垫 胸部泡沫缓冲垫（在大臂位置）骨盆处泡沫缓冲垫用于推开骨盆 缓冲垫的功能 以车门侵入速度曲线为载荷边界条件 控制骨盆与车门的接触位置和接触时间，降低接触力，减小骨盆加速度 尽可能均匀地推开假人，以降低损伤风险侧面碰撞保护中的缓冲垫Page 17 为了保证在理想的位置接触，乘员需要拥有和假人相同的标准身材，并且保持与碰撞试验相同的标准坐姿 以缓冲衬垫作为推开装置是为了满足侧面碰撞保护法规的要求，降低骨盆加速度 目前假人的脊柱的生物仿真度还达不到真实人体脊柱的柔度讨论：非标准身材尺寸，非标准坐姿Page 18汽Ref:Dr.Prof.Robert Zobel,Methodology of Accident Analysis,Tsinghua Course#Y0150121,2012-2013知识点分割、停顿点髋部缓冲衬垫设计考量举例车门侵入速度曲线简化Page 20为方便计算简化为分段线性的速度曲线为什么会下降?因为其他的侧面结构会限制车门的运动，同时车门与假人接触后速度也会下降缓冲衬垫设计考量和参数Page 21Case 1:112 gw/o pusherCase 2:83 gw/pusher假人骨盆速度曲线 髋部缓冲衬垫有、无厚、薄与假人接触时间的早、晚硬、软与假人接触力的大、小 影响髋部加速度的大小传递给假人的能量的大小假设泡沫缓冲垫在最大80%的压缩行程里可提供均匀给定的压缩力，最大行程以外变成刚性知识点分割、停顿点侧面碰撞缓冲衬垫设计对假人伤害值的影响车身侧面结构强度优化 保护效果和减重的考量 力学机理 衬垫占据车内饰空间，厚衬垫较早接触到假人 缓冲行程长，冲击力低 使基于加速度的伤害指标变好 但因增加了对假人的做功和能量输入，使基于位移的伤害指标变坏 给定车内饰空间，存在最优的衬垫厚度和衬垫刚度的匹配缓冲衬垫设计对假人伤害值的影响Page 23Ref:YC Deng,Design considerations for occupant protection in side impact-A modeling approach,SAE-881713,32nd Stapp Car Crash Conference,1988.胸部伤害指标：胸部加速度 A 胸部伤害指标 TTI 胸部黏性指标 VC 胸部肋骨压缩量 D给定车门侵入载荷和缓冲衬垫刚度，随衬垫厚度增加A TTI VC D不同伤害指标的趋势相反！随侧面结构增强和车门侵入量减少 所有4个指标都呈现先降后升的趋势 即在侧面结构偏弱或偏强的情况下，伤害都增加 存在最优侧面结构强度，太强对伤害不好，还增重 力学机理侧面结构强度很大的情形Page 24Ref:YC Deng,Design considerations for occupant protection in side impact-A modeling approach,SAE-881713,32nd Stapp Car Crash Conference,1988.MDB假人后视车门无侵入车获得MDB速度假人与车门接触速度？假人初始静止，最终与车内饰接触碰撞整个碰撞过程侧面结构变形量小，对吸能贡献就小！未能充分利用已有资源（车内空间）！足够强的侧面结构，减少车门侵入量 关注并充分利用各部分的间隙 优化各缓冲衬垫的位置、刚度、厚度 控制加速度和位移伤害指标的相反趋势 侧面气囊对假人均匀加力，推开假人设计安装位置和展开路径及时判断碰撞强度并点爆侧面碰撞保护设计要点Page 25注意和利用间隙Movable barrierDummy为什么一般车门防撞梁斜向安装？结束点