约束系统开发(正面碰撞)

汽车安全约束系统开发与集成-正面碰撞-正面碰撞陈国强2015年9月目录Content
正面碰撞安全约束系统开发：正面碰撞安全约束系统简介正面碰撞安全约束系统开发正面碰撞安全约束系统试验正面碰撞安全约束系统试验正面碰撞安全约束系统仿真及优化正面碰撞安全约束系统开发
正面碰撞安全约束系统简介安全系统设计的目的：减少或避免碰撞事故中的伤害风险正面碰撞安全约束系统开发正面碰撞安全约束系统简介约束系统概念设计用于将乘员约束在座位上并帮助降低碰撞事故中的伤害风险的安全装备；二次碰撞过程二次碰撞过程第一次碰撞：碰撞事故中汽车撞上障碍物第二次碰撞：车内乘员撞上内饰或作用于约束系统正面碰撞安全约束系统开发正面碰撞安全约束系统简介第一辆汽油汽车1885年，德国奔驰发明8年后美国人福特制造了世界上第一辆汽车伴随着汽车的产生和投入运行接踵而至的是交通事故的出现：Benz汽油三轮车伴随着汽车的产生和投入运行接踵而至的是交通事故的出现：1899年在美国发生世界上第一起汽车交通事故美国纽约报告了世界第一起因交通事故死亡的事件：-1900年全世界交通事故死亡人数-总死亡人数超过3000万-当前每年都超过100万福特T型车正面碰撞安全约束系统开发正面碰撞安全约束系统简介汽车安全发展的三个时期：1935年以前，认识、起步、发展初期-汽车会发生碰撞，如果碰撞载荷很大、车辆变形，可能发生乘员伤亡-主要研究：①减少爆胎，导致汽车失控①减少爆胎，导致汽车失控②降低发动机振动导致的伤害③安装前大灯，提供夜间照明，防止夜间事故④安装多层前风挡玻璃，减少脸部受伤⑤采用全钢制车身，保护乘员⑥1930’s，第一次整车碰撞试验正面碰撞安全约束系统开发正面碰撞安全约束系统简介汽车安全发展的三个时期：1936–1965年，汽车安全发展中期-主要发展：①汽车事故预防装置-转向信号灯、风挡雨刮器、改进的前大灯-转向信号灯、风挡雨刮器、改进的前大灯-改进的前风挡、头部碰撞IP试验②1934年，GM进行了第一次整车正面碰撞刚性墙试验（现代碰撞试验的雏形）-无电信号测量装置-无假人-通过观察汽车变形去评估车体结构性能③最重大乘员被动安全发展：-1956年，将安全带作为安全考虑的可选配置正面碰撞安全约束系统开发正面碰撞安全约束系统简介汽车安全发展的三个时期：1966年之后，汽车安全发展后期－安全法规-主要事件：1.美国国家高速公路安全管理局成立NationalHighwayTrafficSafetyAdministration(NHTSA)2.美国联邦汽车安全法规实施(FMVSS)2.美国联邦汽车安全法规实施(FMVSS)-汽车安全关注点：1.汽车碰撞主动预防技术-ABS、ESC、LDW、EBD、ACC等等2.汽车结构耐撞技术-刚性乘员舱技术-吸能结构设计3.乘员安全保护装置（约束系统）-三点式安全带-正面/侧面安全气囊-压溃式管柱等-座椅头枕正面碰撞安全约束系统开发正面碰撞安全约束系统简介事故调查：•发生原因？•解决方案？事故分析:-乘员受到什么伤害？-乘员伤害部位？-乘员伤害程度？-乘员伤害的原因？-乘员伤害的原因？-怎么控制/评价伤害？事故试验检测方法和工具生物力学损伤研究标准/法规或评价体系消费者–星级评价正面碰撞安全约束系统开发约束系统安全保护原理碰撞减速度车体减速度(avehicle)乘员减速度(aoccupant)56kphFRBCrashTest正面碰撞安全约束系统开发约束系统安全保护原理乘员减速度响应在受约束的情况下，人体在减速度场内的运动反应(志愿者试验和仿真)正面减速度下的人体响应与模型响应比较正面碰撞安全约束系统开发约束系统安全保护原理：正面乘员伤害在发生碰撞事故后，乘员受到碰撞载荷作用后的损伤主要由二次碰撞引起乘员与车体内乘员空间的相互作用伤害部位主要有：伤害部位主要有：头部颈部胸部下肢正面碰撞安全约束系统开发约束系统安全保护原理：正面乘员伤害在发生碰撞事故后，乘员受到碰撞载荷作用后的损伤伤害部位：头部主要是在冲击力作用下导致损伤冲击力作用下尸体的脑部X光片参考文献:正面碰撞安全约束系统开发约束系统安全保护原理：正面乘员伤害在发生碰撞事故后，乘员受到碰撞载荷作用后的损伤伤害部位：颈部在胸部被安全系统约束情况下头部仍然前向运动所致，上颈椎伤害一般会威胁生命，下颈椎伤害会导致瘫痪参考文献:正面碰撞安全约束系统开发约束系统安全保护原理：正面乘员伤害在发生碰撞事故后，乘员受到碰撞载荷作用后的损伤伤害部位：胸部：胸部器官的重要性决定了胸部伤害对生命的威胁很大，一般由冲击载荷作用下导致肋骨/胸骨断裂、刺进胸腔伤及心脏或动脉产生产生参考文献:正面碰撞安全约束系统开发约束系统安全保护原理：正面乘员伤害在发生碰撞事故后，乘员受到碰撞载荷作用后的损伤伤害部位：胸部肋骨断裂导致肺部受伤正面碰撞安全约束系统开发约束系统安全保护原理：正面乘员伤害在发生碰撞事故后，乘员受到碰撞载荷作用后的损伤伤害部位：胸部：胸部冲击力学响应-基于尸体试验数据-用于HybridIII假人开发-用于HybridIII假人开发参考文献:4.9m/s7.2m/s尸体试验混III假人胸部摆锤试验正面碰撞安全约束系统开发约束系统安全保护原理：正面乘员伤害在发生碰撞事故后，乘员受到碰撞载荷作用后的损伤伤害部位：胸部：引领新的假人技术开发DsΔDDcDcHybridIIIfrom1970sTHORfrom1990sEUTHORAXProject正面碰撞安全约束系统开发约束系统安全保护原理：正面乘员伤害在发生碰撞事故后，乘员受到碰撞载荷作用后的损伤伤害部位：腿部：多发生于偏置对碰中车体侵入较大，导致大腿、胫骨、膝关节、脚踝受伤参考文献:正面碰撞安全约束系统开发约束系统安全保护原理：正面乘员伤害生物力学响应目的：•法规制定•测量方法和设备的设计(假人)•量化伤害与物理量之间的关系•物理量与伤害机理的直接关联性正面碰撞安全约束系统开发约束系统安全保护原理：正面乘员伤害•挑战/困难1.由于年龄、性别以及体重等差异很大,人体组织的力学行为宽泛2.伤害的级别较多•共识/结果1.中等身材2.生物力学响应1.2.无生命威胁的伤害极限3.AIS(AbbreviatedInjuryScale)由急诊室医生和其他各科室的外科专家定义用于量化人体各部位伤害的程度伤害的程度是相对死亡危险，不是相对致残的风险正面碰撞安全约束系统开发约束系统安全保护原理：正面乘员伤害头部伤害限值：基于尸体头骨破裂试验数据、动物头部冲击数据以及志愿者的台车试验数据生物力学响应部冲击数据以及志愿者的台车试验数据HeadInjuryCriterion(HIC)HIC36(T2-T1=36ms)HIC15(T2-T1=15ms)参考文献：正面碰撞安全约束系统开发约束系统安全保护原理：正面乘员伤害
颈部伤害限值复杂的结构和多种的载荷形式导致了的颈部伤害标准定义的复杂性，一直以来也没有获得生物力学响应复杂性，一直以来也没有获得广泛共识正面碰撞颈部伤害情况较少，除非冲击减速度很高(车体碰撞g大)但是，在低速的追尾碰撞却会导致长期的颈部不适，由于较长周期的载荷作用于颈部早期法规定义困难伸张伤害限值：57Nm正面碰撞安全约束系统开发约束系统安全保护原理：正面乘员伤害
胸部伤害限值胸部压缩量与AISAIS为4表明肋骨断裂的数量将生物力学响应AIS4足以导致胸腔坍塌，伤及内脏，从而造成严重伤害*EstimatedbyNeatheryetal法规要求正面碰撞安全约束系统开发约束系统安全保护原理：正面乘员伤害
胸部伤害限值ViscousCriterion(V*C)胸部速度和压缩量的乘积生物力学响应非常适合于评价软组织损伤-肝脏/肺等器官伤害对挤压变形量和挤压变形率的敏感性V*C为1.3时AIS达到4的概率为50%正面碰撞安全约束系统开发约束系统安全保护原理：正面乘员伤害
下肢伤害限值–大腿伤害限值计算1.Viano生物力学响应1.Viano2.Lowne参考文献：正面碰撞安全约束系统开发约束系统安全保护原理：正面乘员伤害测量设备:伤害限值的研究正面碰撞使用的HybridIII50%tile假人评价方法：•试验(法规)•评判标准(法规)正面碰撞安全约束系统开发
法规要求–legalrequirement中国GB11551-2003《乘用车正面碰撞的乘员保护》试验：FFB速度：48-50kph要求：要求：前排司机和乘员-头部HIC36≤1000-胸部压缩量≤75mm-大腿力≤10kN100%正面刚性碰撞FullFrontRigidBarrierHybridIII50%Dummy正面碰撞安全约束系统开发
法规要求–legalrequirement欧洲ECER94试验：40%OffsetDeformableBarrierTest速度：56kph要求：前排司机和乘员前排司机和乘员-头部HIC36≤1000-颈部弯矩≤57Nm-胸部压缩量≤50mm-胸部V*C≤1.0m/s-大腿滑移量≤15mm-小腿轴向压缩力≤8kN-小腿伤害指标TI≤1.3-累计损伤要求-颈部受力-大腿力40%正面可变形碰撞40%OffsetDeformableBarrierHybridIII50%Dummy20%riskofinjury≥AIS3Significantriskofinjury50%riskofinjury≥AIS320%riskofinjury≥AIS4Cruciateligamentfailurelimit10%riskoffracture正面碰撞安全约束系统开发
法规要求–legalrequirement欧洲ECER94要求：前排司机和乘员-颈部累积损伤HybridIII50%Dummy-颈部累积损伤HybridIII50%Dummy颈部轴向拉力颈部剪切力SignificantriskofinjurySignificantriskofinjury正面碰撞安全约束系统开发
法规要求–legalrequirement欧洲ECER94要求：前排司机和乘员-大腿累积损伤-大腿累积损伤HybridIII50%DummyFemurfracturelimit正面碰撞安全约束系统开发
法规要求–legalrequirement美国FMVSS208试验：FFB速度：40和48kph要求：要求：100%正面刚性碰撞FullFrontRigidBarrierHybridIII50%&5%Dummy法规-强制性要求消费者–星级评价正面碰撞安全约束系统开发-强制性要求-无差异性50kph正面碰撞安全约束系统开发
C-NCAP碰撞试验：正面Frontal50kphFFB–18分64kphODB–18分试验64kph试验
C-NCAP评价假人测量单项计分方法高性能值，如HIC为650-5%riskofinjury≥AIS3低性能值，如HIC为1000-20%riskofinjury≥AIS3伤害小于高性能值，得满分伤害大于低性能值，得0分中间值采用线性插值计算得分正面碰撞安全约束系统开发
约束系统安全保护原理：正面碰撞约束系统相关系统或部件Structure车体（乘员空间）SeatBelt安全带DriverAirbag（DAB）/PassengerAirbag（PAB）/KneeAirbag(KAB)DriverAirbag（DAB）/PassengerAirbag（PAB）/KneeAirbag(KAB)Seat座椅SteeringWheel/Column方向盘/管柱Pedals踏板IP/FootRest/Carpet等内饰FIS&ACU侧碰传感器和气囊