汽車碰撞測試實驗

1、實驗教學(xué)系列課件----汽車碰撞測試實驗重慶交通大學(xué)交通運輸工程實驗教學(xué)中心2010年9月 編制,本節(jié)主要內(nèi)容和要求：(1) 了解汽車碰撞試驗的意義。(2) 對汽車碰撞試驗室的各種設(shè)備有感性的認識。(3) 了解C-NCAP及其檢測項目(4) 掌握汽車被動安全的評價標準。 重點：汽車碰撞試驗的意義所用儀器與設(shè)備室內(nèi)汽車碰撞試驗中心，第50百分位男性Hybrid Ⅲ假人。,一、理論基礎(chǔ)（1/16）,目的：以再

2、現(xiàn)交通事故的方式，分析汽車在碰撞過程中車內(nèi)乘員與車輛相對運動狀態(tài)，乘員及車輛傷害狀態(tài)等，通過分析結(jié)果可以改進車輛結(jié)構(gòu)安全性設(shè)計和增設(shè)汽車乘員保護裝置。在汽車的設(shè)計制造階段就將汽車的安全性作為極其重要的指標，并通過一系列的試驗獲得各種關(guān)鍵數(shù)據(jù)以提高汽車的被動安全性，最大限度的保障人員安全。,碰撞試驗,一、理論基礎(chǔ)（2/16）,作用：通過對試驗車輛上安放假人的傷害值評價，可以得到對汽車整體安全性能的綜合評價；還可以對汽車座椅、座椅頭枕

3、、安全帶、門鎖和門鉸鏈、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、安全氣囊、油箱、兒童約束系統(tǒng)等部件進行安全性能評價；還可以對汽車車身上的安全帶連接部、座椅連接部、車身結(jié)構(gòu)強度與吸能、車內(nèi)凸出物等方面進行安全性能評價。,碰撞試驗,一、理論基礎(chǔ)（3/16）,1．主要的汽車碰撞防護裝置 (1) 安全帶：最重要，但少兒不宜。 (2) 保險杠：普遍(3) 安全氣囊：保護前排乘員正側(cè)面,碰撞試驗,一、理論基礎(chǔ)（4/16）,2．汽車碰撞試驗 通過傷害生物力學(xué)對交通事故的

4、保護客體—人體的傷害進行研究，了解造成傷害的機理，人體對碰撞的忍受能力，以制定傷害評價指標，這是汽車碰撞安全性研究的基礎(chǔ)。提高汽車碰撞安全性的目的是在汽車發(fā)生碰撞時確保成員生存空間、緩和沖擊、防止發(fā)生火災(zāi)等。,碰撞試驗,一、理論基礎(chǔ)（5/16）,2．汽車碰撞試驗 試驗方法可以分成3類：實車碰撞試驗滑車模擬碰撞試驗臺架試驗,碰撞試驗,一、理論基礎(chǔ)（6/16）,2．汽車碰撞試驗 汽車發(fā)生事故中主要是：正面碰撞、側(cè)面碰撞、偏置碰撞

5、、追尾碰撞和車輛翻滾等。對實車主要作正面碰撞試驗、側(cè)面碰撞試驗、偏置碰撞試驗、追尾碰撞試驗和車輛翻滾實驗。目的是檢查保險杠、車廂前部前圍板區(qū)域所能吸收沖擊能量的程度，考驗車架結(jié)構(gòu)強度，并借助車內(nèi)假人的傳感器所記錄的數(shù)據(jù)，換算出和法規(guī)相對應(yīng)的傷害指標，判斷試驗樣車的碰撞性能。,碰撞試驗,一、理論基礎(chǔ)（7/16）,3．被動安全評價 C-NCAP （China New Car Assessment Programme，即中國新車評價規(guī)程

6、) C-NCAP將在市場上購買的新車型按照比我國現(xiàn)有強制性標準更嚴格和更全面的要求進行碰撞安全性能測試，評價結(jié)果按星級劃分并公開發(fā)布，旨在給予消費者系統(tǒng)、客觀的車輛信息，促進企業(yè)按照更高的安全標準開發(fā)和生產(chǎn)，從而有效減少道路交通事故的傷害及損失。,碰撞試驗,一、理論基礎(chǔ)（8/16）,3．被動安全評價 1）乘員安全評價 碰撞試驗假人又稱為擬人試驗裝置，是用于評價碰撞安全性的標準人體模型，與真人盡可能相似，處于模擬的碰撞事故條件下，它

7、的動力學(xué)響應(yīng)與相應(yīng)的人體也十分相近。 按人體類型分，假人可分為成年人假人和兒童假人。成年人假人按體型大小 還可細分，常用按體型分布比例50%取中等身材假人（即第50百分位成年男子）進行試驗。例如Hybrid III或EuroSID II,碰撞試驗,一、理論基礎(chǔ)（9/16）,3．被動安全評價 1）乘員安全評價 根據(jù)頭部、胸部、腿部等主要部位的傷害程度將試驗車的安全性進行分級。具體部位如下： 頭部：模擬人的頭部是鋁制骨架，橡膠

8、做為“皮肉”將其覆蓋，里面安裝了3個加速度傳感器用來在碰撞中測試頭部受到的加速度和沖擊力。頸部：測量裝置主要測量的是在碰撞中脖子受到?jīng)_擊力的大小，受力后脖子前后彎曲和左右移動的幅度。,碰撞試驗,一、理論基礎(chǔ)（10/16）,3．被動安全評價 1）乘員安全評價 雙臂：模擬人的雙臂是沒有攜帶任何傳感器的，目前沒有一個很好的測試指標和衡量標準。胸部(正面沖擊)：Hybrid III擁有的同比列尺寸的金屬肋骨，以用來測試前排乘員在

9、受到正面撞擊時肋骨，胸腔受到的沖擊力已經(jīng)在沖擊下胸腔變形的幅度。胸部(側(cè)面撞擊)：側(cè)面撞擊時使用的是模擬人EuroSID II，在三根肋骨上裝載了三種不同的傳感器用來測試在側(cè)面撞擊時胸腔被壓縮的幅度和速度。,碰撞試驗,一、理論基礎(chǔ)（11/16）,3．被動安全評價 1）乘員安全評價 腹部：EuroSID II的腹部里裝備了一個可以測試撞擊力度的傳感器，以測試多大的撞擊力會造成腹部的傷害。骨盆：在腰部裝了一個傳感器，以記錄碰撞中多大

10、的力會造成關(guān)節(jié)脫臼及骨盆破碎。大腿：用Hybrid III模擬人，這一測試的區(qū)域包括骨盆、大腿、膝部組成。裝在大腿內(nèi)的傳感器負責(zé)收集受到正面沖擊時的數(shù)據(jù)和記錄受到傷害的區(qū)域及程度，在較為嚴重的撞擊下股骨遭到撕裂及脫臼的情況，而一種特制的傳感器則專門負責(zé)測量駕駛員膝部受到的來自方向盤的沖擊力度。,碰撞試驗,一、理論基礎(chǔ)（12/16）,3．被動安全評價 1）乘員安全評價 小腿：小腿中的傳感器負責(zé)測量模擬人小腿在遭到多大力度撞擊后會發(fā)生

11、骨折、彎曲、被擠壓等情況，同時還測試膝蓋與小腿骨，腳踝骨及與小腿骨之間連接部分受傷的幾率。腳部：測量在正面撞擊中駕駛員腳部受傷的幾率，而受傷的幾率是由于放腳的踏板附近的變形幅度和向車內(nèi)壓縮的距離決定的。,碰撞試驗,一、理論基礎(chǔ)（13/16）,3．被動安全評價 1）乘員安全評價 —評價指標假人頭部傷害指數(shù)(HIC)不得大于1 000。HIC計算公式為a為假人頭部質(zhì)心的合成加速度，用重力加速g的倍數(shù)表示；t1，t2為

12、碰撞過程中所選擇的兩個時刻(s)。,碰撞試驗,一、理論基礎(chǔ)（14/16）,3．被動安全評價 1）乘員安全評價 —正面碰撞假人傷害評價等級,碰撞試驗,一、理論基礎(chǔ)（15/16）,3．被動安全評價 2) 結(jié)構(gòu)安全性評價主要是衡量乘員存活空間的完整性。通過對變形測量、技術(shù)報告、照片和高速攝影進行分析，評價汽車結(jié)構(gòu)安全性等級。 C-NCAP碰撞安全程度星級指標,碰撞試驗,一、理論基礎(chǔ)（16/16）,3．被動安全評價 3) 乘員約束在所

13、有碰撞事故中須對乘員約束系統(tǒng)(座椅安全帶、座椅、安全氣囊和頭部約束)進行評價。正面碰撞乘員安全性評價等級（詳見表5-5）,碰撞試驗,四、實驗設(shè)備的工作原理,室內(nèi)汽車碰撞試驗中心有碰撞區(qū)、牽引系統(tǒng)、浸車環(huán)境室、照明系統(tǒng)、假人標定室、測量分析室及車輛翻轉(zhuǎn)臺等。,碰撞試驗,四、實驗設(shè)備的工作原理,1．固定壁障（剛性壁障）固定壁障表面寬3 m、高1.5 m，厚度應(yīng)保證其質(zhì)量不低于70 t，壁障表面垂直于壁障前的路面，且覆蓋一層19 mm厚的

14、膠合板，壁障尺寸和結(jié)構(gòu)應(yīng)足以限制其表面變形量小于車輛永久變形量的1％。,碰撞試驗,四、實驗設(shè)備的工作原理,2．牽引系統(tǒng) (1) 牽引能力：車輛牽引加速度≤0.3g，以保證假人碰撞前的姿態(tài)。車輛牽引加速過程：車輛前半程加速、后半程勻速，速度控制精度：±0.2km/h。(2) 牽引電機：采用兩臺225 kW的直流電動機，分別驅(qū)動兩個輪轂，牽引鋼絲繩為循環(huán)盤繞，在兩個輪轂間使用液壓油缸張緊,碰撞試驗,四、實驗設(shè)備的工作原理,3．

15、照明系統(tǒng) 實車碰撞試驗過程中，為了分析汽車的變形形態(tài)、了解假人的運動形態(tài)，必須同時采用多臺高速攝影機或攝像機拍攝試驗過程。,碰撞試驗,四、實驗設(shè)備的工作原理,4．測量系統(tǒng)測量系統(tǒng)由電測量系統(tǒng)和光學(xué)測量系統(tǒng)構(gòu)成。 1) 電測量系統(tǒng)用于精確地測量碰撞過程中汽車各部位的加速度響應(yīng)、對固定壁的碰撞力及乘員傷害評價用的各種響應(yīng)信號。 (1) 碰撞過程中車體加速度響應(yīng)信號一般在試驗車車身的非壓皺區(qū)安置加速度傳感器，用于測量車輛的沖擊波形

16、。,碰撞試驗,四、實驗設(shè)備的工作原理,4．測量系統(tǒng)1) 電測量系統(tǒng)(2) 固定壁障碰撞力 實車碰撞試驗系統(tǒng)上都裝備有固定壁測力墻，固定壁碰撞力測量墻由36個測力單元構(gòu)成。(3) 假人動力學(xué)響應(yīng)的測量電測量系統(tǒng)可以測量碰撞過程中安全帶的張力及試驗假人身體各部位的動力學(xué)響應(yīng)信號，用于定量地分析和評價乘員的傷害程度。,碰撞試驗,四、實驗設(shè)備的工作原理,4．測量系統(tǒng)2) 光學(xué)測量系統(tǒng)——高速攝影 光學(xué)測量系統(tǒng)用于獲取直觀的二維影

17、像，分析碰撞過程中車體的變形及其乘員的運動形態(tài)，適用于從總體上了解碰撞全過程。序列影像運動分析是指使用攝影機或攝像機拍攝運動過程中的序列影像，而后進行定性分析和定量分析。,碰撞試驗,四、實驗設(shè)備的工作原理,4．測量系統(tǒng)2) 光學(xué)測量系統(tǒng)——高速攝影 定性分析：對運動過程的序列影像緩慢回放、逐幀分析，可以看到對于人眼來說發(fā)生得太快的事件，從而分析運動過程中的細節(jié)。 定量分析：在拍攝前，將運動物體的相關(guān)點設(shè)置醒目的標志點，對所攝取

18、的運動過程的序列影像在像平面內(nèi)逐幀進行像平面坐標判讀，應(yīng)用攝影測量學(xué)的理論，求解待測量點的位置，從而獲取運動物體的特征參數(shù)。,碰撞試驗,四、實驗設(shè)備的工作原理,4．測量系統(tǒng)2) 光學(xué)測量系統(tǒng)——高速攝影,碰撞試驗,四、實驗設(shè)備的工作原理,4．測量系統(tǒng)2) 光學(xué)測量系統(tǒng)——高速攝影,碰撞試驗,四、實驗設(shè)備的工作原理,碰撞試驗,,五、實驗方法和步驟,(1) 在標定室內(nèi)對假人進行標定。 (2) 對被測汽車進行碰撞前準備。 (3) 被測

19、實車安裝在牽引機構(gòu)，設(shè)置好正面碰撞固定壁障。 (4) 汽車控制系統(tǒng)控制直流電動機使實車達到試驗測試速度和保持車速穩(wěn)定。(5) 與固定好的障礙物發(fā)生正面碰撞后，通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，采集出汽車結(jié)構(gòu)發(fā)生變形的實驗數(shù)據(jù)和標準假人的實驗數(shù)據(jù)。 (6) 根據(jù)評定標準對汽車安全性能作出綜合評價。詳見C-NCAP管理規(guī)則（2006版）,碰撞試驗,五、實驗方法和步驟,1.正面100%重疊剛性壁障碰撞試驗試驗車輛100%重疊正面沖擊固定剛性壁障，

20、壁障上附以20mm 厚膠合板。碰撞速度為5001 km/h（試驗速度不得低于50km/h）。試驗車輛到達壁障的路線在橫向任一方向偏離理論軌跡均不得超過150mm。在前排駕駛員和乘員位置分別放置一個Hybrid III 型第50 %男性假人，用以測量前排人員受傷害情況。在第二排座椅最右側(cè)座位上放置一個Hybrid III 型第5%女性假人，試驗時該假人需佩戴安全帶，用以考核安全帶性能，暫不對該假人傷害指數(shù)進行評價。在試驗中需測量轉(zhuǎn)向管柱

21、變形量。,碰撞試驗,五、實驗方法和步驟,2.正面40%重疊可變形壁障碰撞試驗試驗車輛40%重疊正面沖擊固定可變形壁障。碰撞速度為5601（試驗速度不得低于56km/h），偏置碰撞車輛與可變形壁障碰撞重疊寬度應(yīng)在40%車寬±20mm的范圍內(nèi)。假人安裝同100%正面碰撞試驗。。在試驗中需測量A 柱、轉(zhuǎn)向管柱和踏板變形量。,碰撞試驗,五、實驗方法和步驟,3.可變形移動壁障側(cè)面碰撞試驗在移動臺車前端加裝可變形蜂窩鋁，移動壁障行駛方