汽車碰撞試驗與碰撞假人.ppt

1、汽車碰撞試驗及碰撞假人研究,The Research on Impact Test and Crash Test Dummies,指導(dǎo)教師：F R 報 告 人：lizong 學(xué) 號：*,PART 1 汽車碰撞試驗,Impact Test,New Car Assessment Program,汽車碰撞試驗的分類,New Car Assessment Program,NCAP即新車評價程序 （New Car Assessment Program）， 各國的汽車安全法規(guī)要求只是一個入門門檻，因此依靠法規(guī)限制來促進(jìn)汽車產(chǎn)業(yè)的安全性提高和減少汽車交通事故的傷亡率是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，為此許多發(fā)達(dá)國家和地區(qū)除了安

2、全法規(guī)的強(qiáng)制管理之外都制訂了新車評價程序NCAP，NCAP通過權(quán)威評價，將汽車的綜合安全性能以通俗易懂的星級方式表示，為汽車消費者提供市場上熱銷車型的安全性能評價信息。其中，占很大比重的是針對被動安全技術(shù)領(lǐng)域（碰撞安全性等）的評價，而目前發(fā)達(dá)地區(qū)和國家已逐步擴(kuò)展至主動安全技術(shù)領(lǐng)域。,New Car Assessment Program,董事會,秘書（處）,聯(lián)合會議,主動安全技術(shù)工作組,被動安全技術(shù)工作組,媒體組,工業(yè)/制造業(yè)聯(lián)席會議,工業(yè)/制造業(yè)廣泛的參與、協(xié)作,New Car Assessment Program,目前國內(nèi)外NCAP試驗類型和評價方法,在試驗類型方面各國根據(jù)自己的國情和本國的

3、交通事故有所不同： 美國：全正面碰撞、40%偏置碰撞、側(cè)面碰撞、鞭打（IIHS）、兒童約束系統(tǒng)。并增加主動安全的操控穩(wěn)定性； 歐洲：40%偏置碰撞、側(cè)面碰撞、側(cè)面撞柱、鞭打、兒童約束系統(tǒng)、行人保護(hù)； 日本：全正面碰撞、40%偏置碰撞、側(cè)面碰撞、兒童約束系統(tǒng)、行人保護(hù)。并增加主動安全的汽車制動性能； 澳大利亞：40%偏置碰撞、側(cè)面碰撞、行人保護(hù)； 韓國：全正面碰撞、側(cè)面碰撞、鞭打；,New Car Assessment Program,Euro-NCAP,40%偏置碰撞（64km/h）,Euro-NCAP,40%偏置碰撞（64km/h）,Euro-NCAP,40%偏置碰撞（64km/h）的評價指

4、標(biāo),頭部傷害指數(shù)HIC（Head Injury Criteria）應(yīng)小于或等于1000； 胸部性能指標(biāo)（ThPC）應(yīng)小于或等于50mm； 頸部張力指標(biāo)彎矩不超過57Nm； 小腿壓縮力不超過8kN； 膝部位移不超過15mm； 轉(zhuǎn)向盤豎直向上不超過80mm，向后不超過100mm； 在試驗過程中，車門不得開啟，前門的鎖止系統(tǒng)不得發(fā)生鎖止； 碰撞試驗后，不使用工具，對于前排座位，若有門，至少有一個門能夠打開； 將假人從約束系統(tǒng)中解脫，如果發(fā)生了鎖止，通過在松脫裝置上施加不超過60N的壓力，該約束系統(tǒng)應(yīng)能被打開，從車輛中完好地取出假人； 在碰撞過程中，燃油供給系統(tǒng)不得發(fā)生泄漏，若存在液體連續(xù)泄漏，那么，

5、泄漏速率不得超過30g/min；,Euro-NCAP,側(cè)面碰撞（50km/h）,Euro-NCAP,側(cè)面碰撞（50km/h）,Euro-NCAP,側(cè)面碰撞（50km/h）的評價指標(biāo),頭部傷害指數(shù)HIC（Head Injury Criteria）應(yīng)小于或等于1000； 胸部性能指標(biāo)：肋骨變形指標(biāo)（RDC）應(yīng)小于或等于42mm； 骨盆性能指標(biāo)：恥骨結(jié)合點力峰值（PSPF）應(yīng)小于或等于6kN； 腹部性能指標(biāo)：腹部力峰值（APF）應(yīng)小于或等于2.5kN的內(nèi)力； 在試驗過程中車門不得開啟； 碰撞試驗后，不使用工具應(yīng)能打開足夠數(shù)量的車門，使乘員能正常進(jìn)出；必要時可傾斜座椅靠背或座椅，以保證所有乘員能夠撤離

6、；將假人從約束系統(tǒng)中解脫出來；將假人從車輛中移出； 所有內(nèi)部構(gòu)件在脫落時均不得產(chǎn)生鋒利的凸出物或鋸齒邊，以防止增加傷害乘員的可能性； 在不增加乘員受傷危險的情況下，允許出現(xiàn)因永久變形產(chǎn)生的脫落； 在碰撞試驗后，如果燃油供給系統(tǒng)出現(xiàn)液體連續(xù)泄漏，其泄漏速度不得超過30g/min。,Euro-NCAP,側(cè)面柱碰撞（29km/h),Euro-NCAP,側(cè)面柱碰撞（29km/h),Euro-NCAP,側(cè)面柱碰撞（29km/h)的評價指標(biāo),頭部傷害指數(shù)HIC（Head Injury Criteria）應(yīng)小于或等于1000； 胸部性能指標(biāo)：肋骨變形指標(biāo)（RDC）應(yīng)小于或等于42mm； 骨盆性能指標(biāo)：恥骨結(jié)

7、合點力峰值（PSPF）應(yīng)小于或等于6kN； 腹部性能指標(biāo)：腹部力峰值（APF）應(yīng)小于或等于2.5kN的內(nèi)力； 在試驗過程中車門不得開啟； 碰撞試驗后，不使用工具應(yīng)能打開足夠數(shù)量的車門，使乘員能正常進(jìn)出；必要時可傾斜座椅靠背或座椅，以保證所有乘員能夠撤離；將假人從約束系統(tǒng)中解脫出來；將假人從車輛中移出； 所有內(nèi)部構(gòu)件在脫落時均不得產(chǎn)生鋒利的凸出物或鋸齒邊，以防止增加傷害乘員的可能性； 在不增加乘員受傷危險的情況下，允許出現(xiàn)因永久變形產(chǎn)生的脫落； 在碰撞試驗后，如果燃油供給系統(tǒng)出現(xiàn)液體連續(xù)泄漏，其泄漏速度不得超過30g/min。,Euro-NCAP,鞭打碰撞試驗（64km/h）,Euro-NCAP

8、,鞭打碰撞試驗（64km/h）,Euro-NCAP,鞭打碰撞試驗（64km/h）的評價指標(biāo),歐洲NCAP鞭打試驗綜合了IIWPG和SRA使用的性能參數(shù)對座椅進(jìn)行評價，共7項指標(biāo)，包括： 頸部傷害指數(shù)NIC、Nkm 頸部上剪切力Fx 頸部上拉力Fz 頭部反彈速度 頭部和頭枕接觸持續(xù)時間 T1加速度x方向。,由于碰撞的重疊面積較小，主梁并沒有充分的承受沖擊，大部分的沖擊由前圍板、懸架及A柱承受。針對這種碰撞模式，是加強(qiáng)前圍板和懸架部件強(qiáng)度還是做特殊的吸能設(shè)計，則是廣大制造商將要解決的問題。,Euro-NCAP,行人保護(hù)試驗,Euro-NCAP,行人保護(hù)試驗各部位撞擊區(qū)域,成人頭部,兒童頭部,大腿部

9、件,小腿部件,28,Euro-NCAP,行人保護(hù)試驗的評價指標(biāo),小腿沖擊錘撞擊保險杠試驗 膝關(guān)節(jié)彎曲角度15，膝關(guān)節(jié)剪切位移6mm；脛骨頂端加速度150g 大腿沖擊錘撞擊發(fā)動機(jī)蓋前緣試驗 碰撞力4kN，彎矩220Nm 成人及兒童頭部沖擊錘撞擊發(fā)動機(jī)蓋碰撞試驗 頭部傷害指標(biāo)1000,Euro-NCAP,行人保護(hù)措施,行人保護(hù)保險杠在碰撞到行人腿部時會產(chǎn)生變形從而提高對行人的保護(hù) 降低對腿的撞擊點，遠(yuǎn)離膝蓋部位，或者將力量分散在較長的一段腿上在也將提升對行人的保護(hù)， 去除發(fā)動機(jī)蓋前緣一些不必要的剛性結(jié)構(gòu)，也可以提升對行人的保護(hù)。 發(fā)動機(jī)頂蓋需要被作成是彎曲的，頂蓋與剛性結(jié)構(gòu)之間保證有足夠的間隙對保

10、護(hù)頭部是非常重要的。,行人保護(hù)保險杠在碰撞到行人腿部時會產(chǎn)生變形從而提高對行人的保護(hù) 降低對腿的撞擊點，遠(yuǎn)離膝蓋部位，或者將力量分散在較長的一段腿上在也將提升對行人的保護(hù)， 去除發(fā)動機(jī)蓋前緣一些不必要的剛性結(jié)構(gòu)，也可以提升對行人的保護(hù)。 發(fā)動機(jī)頂蓋需要被作成是彎曲的，頂蓋與剛性結(jié)構(gòu)之間保證有足夠的間隙對保護(hù)頭部是非常重要的。,國內(nèi)開展NCAP的意義,中國是一個汽車生產(chǎn)大國，然而在強(qiáng)制性認(rèn)證項目中，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行碰撞實驗，根據(jù)實驗結(jié)果只能給出合格、不合格的最低限制評價。其結(jié)果是限制無法達(dá)到安全性能下限的車型進(jìn)入市場，而無法為汽車市場提供汽車安全性能的權(quán)威評價信息。 從歐、美等汽車工業(yè)發(fā)達(dá)國家汽車安

11、全技術(shù)的發(fā)展歷程看，NCAP的實施大大推動了汽車安全技術(shù)的發(fā)展。 政府主管部門或權(quán)威認(rèn)證機(jī)構(gòu)通過向消費者提供新車型安全性能評級信息，使具有更高安全性能的車型贏的市場，從而激發(fā)了企業(yè)的汽車安全性能的激烈競爭，使之成為汽車安全技術(shù)創(chuàng)新研發(fā)的動力。 汽車安全法規(guī)僅僅規(guī)定了汽車安全性能的最低要求，到汽車技術(shù)發(fā)展到一定程度就失去了對技術(shù)發(fā)展的推動力，NCAP的實施才真正是汽車的安全性能成為汽車的買點。 綜上所述,引入汽車安全自愿認(rèn)證體系（NCAP）勢在必行。關(guān)鍵是如何開展，更有利于能正確評價出汽車安全性能，更有利于我國汽車安全技術(shù)的發(fā)展，更有利于我國汽車走出過門，走向世界。,PART 2 碰撞試驗假人,

12、Crash Test Dummies,碰撞試驗假人,碰撞試驗假人的分類,碰撞試驗假人,成 人 假 人,兒 童 假 人,第95百分位假人 第50百分位假人 第5百分位假人,6 月 假 人 一 歲 假 人 三 歲 假 人 六 歲 假 人 十 歲 假 人,成 人 假 人,兒 童 假 人,Hybrid第50百分位男性試驗假人,結(jié)構(gòu)特點,a.一個似人的鑄鋁頭蓋骨和一塊頭蓋骨蓋具有乙烯樹脂皮膚，頭蓋骨蓋可取下來，以便安裝頭部測量儀器； b.在動態(tài)彎曲(向前彎)和拉伸(向后彎)時，橡膠和鋁間隔制成的頸部相對力矩的響應(yīng)具有似人的轉(zhuǎn)角； c.用通過頸部軸線的鋼索限制其伸長量、控制響應(yīng)并提高其耐久性； d.2塊鋁

13、制鎖骨和鎖骨鏈環(huán)組6件具有鑄成整體的肩胛骨，以便同肩帶相互作用； e.帶有聚合物基阻尼材料的6根彈簧鋼肋骨有接近人胸的力變形特性。從解剖學(xué)上講，每個肋骨包括左右肋骨，肋骨前方斷開，后面固定到胸脊柱上。同時，肋骨前方用胸骨部件連接，胸骨部件裝有用于安裝胸腔變形傳感器的滑塊，以測量肋骨籠子相對脊柱的變形； f.膝蓋滑動機(jī)構(gòu)為鋼制滑塊，它裝有安置在鋁膝蓋罩內(nèi)的壓鑄成型的吸能橡膠件，因此允許脛骨相對大腿骨(股骨)移動，模擬韌帶損傷，其中還有裝變形傳感器的地方； g.向前彎曲的橡膠腰脊柱具有似人的坐著的懶散姿態(tài)； h.鋼管小腿部件被乙烯樹脂泡沫和乙烯樹脂皮膚包容，小腿下部可同裝備儀器的變形結(jié)構(gòu)互換； i

14、.摩擦系數(shù)的活動鉸無需調(diào)節(jié)，且裝有粘性彎曲和拉伸關(guān)節(jié)。,Hybrid第50百分位男性試驗假人,主要的測量儀器,頭、胸部裝3個單軸向(或1個3軸向)加速度傳感器； 胸部位移傳感器； 2個單軸向大腿載荷傳感器。 任選的傳感器有:a.3或6軸向頸傳感器；b.6軸向頸下部傳感器；c.胸腔載荷傳感器；d.5軸向胸脊柱載荷傳感器；e.3軸向腰椎傳感器；f.3個單軸向(或一個3軸向)骨盆加速度傳感器；g.下沉指示器骨盆裝有6個加載螺柱；h.3軸向大腿上部力載荷傳感器；i.6軸向大腿力載荷傳感器；脛骨大腿骨位移傳感器；j.小腿裝備的儀器有:膝蓋U形載荷傳感器，2Z軸向；頸骨上部傳感器，2軸向；脛骨下部傳感器，

15、3軸向。,Hybrid第50百分位男性試驗假人,標(biāo)定試驗分類,頭沖擊試驗,標(biāo)定試驗,胸部沖擊試驗,頸部彎曲試驗,膝蓋沖擊試驗,.頸部伸長試驗,.膝蓋剪切試驗,碰撞試驗中假人運動及傷害分析,碰撞試驗中假人頭部受力分析（正面碰撞）,對于50百分位Hybrid-型碰撞試驗假人 ，頭部所受的內(nèi)力完全由頸部傳遞 ，因此,對于頭部受力情況,存在如下關(guān)系式：,由牛頓第二定律：,碰撞試驗中假人運動及傷害分析,碰撞試驗中假人頭部運動過程分析（正面碰撞）,在碰撞開始前,假人與車身有著相同的運動速度,碰撞開始后,車身受到來自壁障的阻力,開始做減速運動,車身產(chǎn)生變形,此時假人頭部與車身開始產(chǎn)生相對運動,當(dāng)相對運動達(dá)到

16、一定程度時,安全帶開始起作用,通過約束假人的骨盆及胸部,對頭部的運動起到了限制作用。但是由于肩帶有比較大的拉伸量,胸部會出現(xiàn)前撲現(xiàn)象,而受胸部的帶動以及自身的慣性,頭部仍將繼續(xù)向前運動。在此過程中,由于受到運動空間的限制,頭部將與安全氣囊或轉(zhuǎn)向盤發(fā)生接觸,與車身的相對運動速度迅速減小,并在速度歸零后回彈。,碰撞試驗中假人運動及傷害分析,碰撞過程中假人頭部及頸部加速度曲線,頭部X向加速度曲線,頸部Fx曲線,頸部Fz曲線,碰撞假人的有限元建模,由于假人系統(tǒng)造價十分昂貴，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加之碰撞試驗為破壞性試驗，碰撞過程以ms計，試驗數(shù)據(jù)的采集比較困難且伴有失真的現(xiàn)象，而隨著計算機(jī)硬軟件技術(shù)的飛速發(fā)展，采用計算機(jī)模擬技術(shù)來模擬汽車駕駛員、乘客已成為可能，