汽车的侧面碰撞安全性 朱西产教授

1 汽车的侧面碰撞安全性 同济大学 汽车学院 朱西产 教授 目录 • 问的提出 • 侧面碰撞安全性评价方法 • MDB侧面碰撞过程的理论分析 • 侧面碰撞保护措施的分析 销售能力是汽车企业的命脉 质量 价格交货 购买决定 用户最关心什么用户最关心什么?? 什么是汽车质量？什么是汽车质量？什么是汽车质量？ 质量 耐久性 安全 NVH 车辆 动力学性能 动力性动力性 经济性经济性 制动性制动性 操稳性操稳性 问题的提出 • C-NCAP发布结果的 回顾 – 除了日本、欧洲、美 国的合资品牌之外， 国内轿车车型的侧面 碰撞获得的分数集中 在8~10分，最低分达 到4分 – 与之形成鲜明对照的 是：合资品牌轿车的 侧面碰撞很多车型获 得16分满分 • 从C-NCAP结果明， 国内汽车行业还没 有掌握侧面碰撞安 全性开发的技术诀 窍 批次 车型 星级 总 分 100%RB 40%ODB 侧 面碰撞 加分 长安雨燕 ★★★★ 41.3 11.98 14.19 15.09 0 日产TIIDA ★★★★ 40.8 13.45 13.89 13.50 0 标致307 ★★★★ 44.0 14.40 16.00 12.61 1 现代雅绅特 ★★★ 32.9 11.06 11.72 10.08 0 别克君越 ★★★★ 40.2 13.55 14.92 10.72 1 帕萨特领驭 ★★★★ 40.3 12.32 14.12 12.82 1 一汽大众速腾 ★★★★ 44.6 12.59 15.03 16.00 1 广本思迪 ★★★★ 41.1 13.77 14.92 12.36 0 比亚迪F3 ★★★ 34.0 10.02 13.44 10.52 0 吉利自由舰 ★★★ 28.6 9.51 11.64 7.49 0 奇瑞A5 ★★★ 37.6 13.05 12.84 10.67 1 丰田皇冠 ★★★★★ 47.7 14.11 14.56 16.00 3 一汽威志 ★★★ 32.3 8.94 14.64 8.72 0 广本奥德赛 ★★★★★ 47.3 14.36 15.89 16.00 1 长城哈弗 ★★★ 37.1 10.07 12.29 14.77 0 长丰猎豹 ★★★ 31.2 8.35 7.96 14.86 0 雪佛兰乐驰 ★★ 27.2 7.03 11.95 8.21 0 起亚赛拉图 ★★★ 33.1 11.26 13.27 8.55 0 海马福美来 ★★★ 32.3 12.00 12.14 8.18 0 福特福克斯 ★★★★★ 45.4 14.28 15.83 14.27 1 本田思域 ★★★★ 44.5 14.57 15.32 12.65 2 一汽奔腾 ★★★★ 40.2 12.71 14.50 11.02 2 日产天籁 ★★★★★ 47.1 13.54 15.47 15.08 3 奇瑞QQ6 ★★ 26.1 7.18 8.67 10.27 0 丰田凯美瑞 ★★★★★ 48.8 14.53 15.71 15.51 3 斯柯达明锐 ★★★★★ 45.3 12.92 15.36 16.00 1 雪铁龙凯旋 ★★★★★ 47.4 14.14 15.22 16.00 2 奥迪A6L ★★★★★ 48.1 14.28 14.80 16.00 3 别克林荫大道 ★★★★★ 47.6 14.08 15.53 16.00 2 菲亚特派朗 ★★★ 31.0 8.06 12.02 10.96 0 江铃陆风风尚 ★★★ 34.3 10.99 11.97 11.38 0 哈飞路宝 ★★ 22.9 3.55 8.88 10.51 0 长安奔奔 ★★ 18.6 2.37 11.38 4.81 0 三菱蓝瑟 ★★★ 36.0 12.41 14.51 8.08 1 江铃利亚纳 ★★★★ 40.1 13.29 15.33 11.52 0 华晨骏捷 ★★★ 30.7 10.96 9.70 9.55 0.5 本田CR-V ★★★★★☆ 50.6 15.55 16.00 16.00 3 2007年第三批 2007年第四批 2006年第一批 2006年第二批 2007年第一批 2007年第二批 C-NCAP分数 车型： 2006年 100% RB 50km/h 40%ODB 56km/h 侧面碰撞 50km/h 得分 满分 得分 满分 得分 满分 加分 头部 4. 04 5 颈部 1. 58 2 4 4 4 4 胸部 2 .7 5 2. 07 4 0 4 大腿 （腹部） 1. 19 2 2. 85 4 0 4 小腿 （骨盆） 0 2 2. 72 4 3. 49 4 9. 51 16 11. 64 16 7. 49 16 0 2 8. 64 2 C-NCAP分数 车型： 2006年 100% RB 50km/h 40%ODB 56km/h 侧面碰撞 50km/h 得分 满分 得分 满分 得分 满分 加分 头部 5 5 颈部 2 2 4 4 4 4 胸部 1. 47 5 3 .39 4 0 4 大腿 （腹部） 0 2 4 4 2. 93 4 小腿 （骨盆） 1. 55 2 2 .05 4 3. 59 4 10. 02 16 13 .44 16 1 0. 52 16 0 3 3. 98 C-NCAP分数 车型： 2006年 100% RB 50km/h 40%ODB 56km/h 侧面碰撞 50km/h 得分 满分 得分 满分 得分 满分 加分 头部 5 5 颈部 2 2 3 .84 4 4 4 胸部 2. 54 5 2 .58 4 0.5 9 4 大腿 （腹部） 2 2 4 4 2.0 8 4 小腿 （骨盆） 1. 51 2 2 .42 4 4 4 13. 05 16 12 .84 16 1 0.6 7 1 6 1 3 7. 56 C-NCAP分数 上汽通用五菱生产的雪佛兰SPARK(LZW7080型)轿车 完全正面碰撞 7.03分 头部：2.48分颈部：0.5分胸部：1.89分大腿：1.4分小腿：0.76 40%偏置碰撞 11.95分 头颈部：4分胸部：1.87分大腿：3.89分小腿：2.19分 侧面碰撞 8.21分 头部：3.95分胸部：0分腹部：0.29分骨盆：3.97分 总分及星级 总分：27.2 星级：★★ C-NCAP分数 东风悦达起亚生产的起亚赛拉图(YQZ7162型)轿车 完全正面碰撞 11.26分 头部：5分颈部：2分胸部：1.97分大腿：2分小腿： 0.29分 40%偏置碰撞 13.27分 头颈部：4分胸部：3.16分大腿：4分小腿：2.11分 侧面碰撞 8.55分 头部：4分胸部：0.55分腹部：0分骨盆：4分 总分及星级 总分：33.1 星级：★★★ C-NCAP分数 一汽海马生产的海马(HMC7162A型)轿车 完全正面碰撞 12分 头部：5分颈部：2分胸部：2.84分大腿：2分小腿：0.16分 40%偏置碰撞 12.14分 头颈部：4分胸部：3.57分大腿：3.21分小腿：1.36分 侧面碰撞 8.18分 头部：4分胸部：0.50分腹部：1.12分骨盆：2.56分 总分及星级 总分：32.3 星级：★★★ C-NCAP分数 3 C-NCAP分数 C-NCAP分数 C-NCAP分数 从C-NCAP分数看问题 • C-NCAP的侧面碰撞为50km/h的移动壁障侧面碰 撞 • C-NCAP的碰撞试验方式与GB20071-2006、ECE R95及Euro NCAP完全相同 • C-NCAP侧面碰撞评价的记分方式也与Euro NCAP基本相同 – 头部4分、胸部4分、腰部4分、骨盆4分 – 主要丢分的项目在胸部和腰部 • 8~10分在侧面碰撞中属于低分 • 8分车型的共同特点是胸部得分为0、腰部几乎为0 侧面碰撞安全性评价方法 • 法规： – MDB，模拟轿车与实验车侧面碰撞 • 欧洲、日本、中国------50km/h两车垂直碰撞 • 美国-------30mph与15mph两车垂直碰撞，速度为53.9km/h 成27度角 • NCAP： – MDB模拟轿车与实验车碰撞 • 美国----速度为62km/h成27度角 • 欧洲、中国---- 50km/h两车垂直碰撞 • 日本------55km/h两车垂直碰撞 – MDB模拟SUV与实验车碰撞，美国IIHS，速度为 50km/h – 侧面圆柱碰撞 • 欧洲----29km/h，90度，Euro-NCAP加分项 • 美国-----32km/h，75度，FMVSS 214新法规 现行的侧面碰撞法规 国别 碰撞方式 假人 伤害指标 美国 FMVSS214 2个 SID假 人(第 50百 分位男性) 头部HIC 胸部 TTI 臀部加速度 欧洲 ECE R95 1 个 EuroSID-1 假人(第50 百分位男 性) 头部HIC 胸部位移 胸部 V*C 腹部负荷 臀部负荷 4 侧面撞柱碰撞侧面撞柱碰撞 Side Pole ImpactSide Pole Impact V=29 V=29 km/hkm/h 5 侧碰撞法规* Side Impact Regulations 美国 (USA) • 碰撞器重量为1367 公斤 • 表面是方形，均匀强度的可变形 • 斜碰撞角度为27o • 碰撞速度为54 km/h • 两个50百分位 DOT SID 型假人分 别坐在前排和后排座位上 欧洲和日本 (EU & Japan) 碰撞器重量为碰撞器重量为950 950 公斤公斤 表面是方形，均匀强度的可变形材料表面是方形，均匀强度的可变形材料 侧面正碰撞 碰撞速度为碰撞速度为50 km/h 5050百分位百分位 EUROSID EUROSID 型假人坐在前排型假人坐在前排 座位上座位上 27o 54 km/h 50 km/h * 澳大利亚对美国及欧盟的侧碰撞规范都认可Australia accepts either regulatory side impact test (EU or USA) 侧碰撞新车评价规范和公众关注的实验 NCAP’s and Public-Interest Tests 道路安全保险协会IIHS 碰撞器重量为碰撞器重量为1500 公斤 表面是方形，均匀强度的可表面是方形，均匀强度的可 变形材料变形材料 侧面正碰撞 碰撞速度为碰撞速度为50 50 km/hkm/h 两个两个5th百分位百分位SID- IIs型假人型假人 分别坐在前排和后排座位上分别坐在前排和后排座位上 欧洲和澳大利亚 碰撞器重量为碰撞器重量为950 kg 表面是方形，均匀强度的可变表面是方形，均匀强度的可变 形材料形材料 侧面正碰撞 碰撞速度为碰撞速度为50 50 km/hkm/h 50th 50th 百分位百分位 EuroSID II型假人型假人 分别坐在前排和后排座位上分别坐在前排和后排座位上 27o 61 km/h 50 km/h50 km/h 55 km/h 日本 与欧洲试验基本相同, 唯一区别是: 碰撞速度为碰撞速度为55 55 km/hkm/h 美国 • 碰撞器重量为1367 公斤 • 表面是方形，均匀强度的可变 形材料 • 斜碰撞角度为27o • 碰撞速度为61 km/h • 两个50th 百分位 DOT SID 型假 人分别坐在前排和后排座位上 高速道路安全保险业协会(IIHS)屏障 IIHS Barrier • 可变形移动屏障基于联 邦机动车辆安全标准 FMVSS 214 Based on FMVSS 214 MDB • 表现SUV 和小吨位运输 车的几何形状 Represents geometry of SUV and Pickups• 对15 辆SUV和轻型 卡车进行比较 Comparison to 15 SUV and LTVs 0 20 40 60 80 100 120 140 -20 0 20 40 受伤指标 • TTI 85 or 90 G • Pelvic Accel. 130 G 受伤指标 • HIC 1000 • Rib Deflection 42 mm • V*C 1 m/s • Abdom. Force 2.5 KN • Pub. Symph. Force 6 KN SID IIs 受伤指标 • HIC, • Upper Neck Force and Moments • Shoulder, Thoracic & Abdominal Ribs Lumbar Spine, shear and bending moments • Pelvis/Leg Loading • Combined Load from Iliac & Acetabulum • Femur Forces & Moments DOT SID EuroSID II SID IIs 6 其它试验: 技术工作组侧面气囊异位测 试TWG SAB OOPO 关于侧碰撞的评论 Comments on Side Tests • 美国的侧碰撞测试与其它国家和地区有巨大 区别（碰撞设置与试验假人都不同） The US side impact tests are very different than those of the other regions (viz., crash configurations and test dummies). –欧洲,日本和澳大利亚使用相同的测试过程和假 人 Europe, Japan and Australia use the same test procedure and dummies. • 美国法规将要把假人改成与世界其它地区使 用的假人更为接近 The US regulation is changing the dummy to one more similar to that being used elsewhere. • 壁障的质量和反映出关于所有轿车和卡 车分类的地区性差异,但是质量比碰撞速度的 影响要小的多Barrier masses and designs reflect the regional differences in the fleet mix, but mass has less effect than crash velocity. WorldSID—世界侧碰撞假人 World Side Impact Dummy 一体化的可能性 Potential for Harmonization • 由于世界不同地区对进入市场的车的分类有差异， 侧碰撞几乎没有机会实现一体化 The side impact mode has less opportunity for harmonization, due to fleet mix differences among the various regions in the world. • 碰撞速度和设置可实现一体化(例如:美国采用欧洲设 置) Crash velocity and configuration could be harmonized (e.g., US adopts European configuration). • 至少,假人和伤害指标可以统一 At least, the dummy and injury criteria can be harmonized. • WorldSID假人在世界范围内的运用显然很有前途 Worldwide application of the WorldSID dummy looks promising. 7 头部伤害 胸部伤害 胸部减分项目 腹部伤害 骨盆伤害 8 9 10 MDB侧面碰撞过程的理论分析 侧面碰撞中典型的冲击波 形 车门速度 MDB、车门、骨盆达到相 同速度 假人骨盆从车门获得 的速度 车门保持高速 侵入运动 MDB与车一起运 动 侧面碰撞过程中动量的交换 • MDB与整车之间（第一次碰撞） –随着整车速度增加，MDB的速度逐渐下降 –最终两车速度达到相同 –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（几 乎等于MDB的初速度） • 侵入的车门与假人之间 –假人的骨盆迅速获得速度 侧面碰撞安全性面临的挑战 • 车门迅速变形，获得很高的侵入速度 • 与正面碰撞不同，侧面碰撞时几乎没有缓冲空 间 • 乘员保护的措施 – 保证车内乘员的生存空间 – 减小车门侵入速度 • 增加侧面结构的刚度与强度 – 限制作用到假人身体上的载荷峰值 • 当车门与假人相互作用的过程中用分散的力把假人推开 • 使用适当形状、刚度的车门内板 • 侧面安全气囊 11 假人和车门之间的空间关系 车门侵入速度波形 由于侧面结 构的抵抗而 减速 用分段线性对波形进行规 则化 侧面结构的侵入 碰撞后车门外 部和内部 碰撞前车门外 部和内部 侵入速度分布 12 侵入速度分布 车身结构加强的改进效果 • 主要是降低了车门侵入速度 车门内板结构 车门内板的改进效果 • 主要是缓冲了车门与假人的碰撞 侧面安全气囊 13 侧面碰撞保护措施的分析 车身侧面刚度的影响 • 随着车身侧面刚 度的增加： –车门侵入量（DI— Door Intrusion） 下降 –胸部碰撞速度 （IV-Impact Velocity)下降。 但达到10~15倍 后就停止下降了 –伤害值下降 车身很刚 强时的效 果 刚性车身的情况下 车门侵入量为零 开始时假人是静止的， 最后与车门接触（座椅 的摩擦力很小） 在这个过程中侧面结构 没有变形，没有能量吸 收 为什么车身侧面刚度没有必要无限增大？ • 在侧面碰撞中，侧面结构变形所耗散的能量很 少 • 上例中所示，侧面刚度增加10倍时，车门侵入 量仅75mm，不足以作为碰撞能量吸收的设计 空间 • 最终假人还是要与车门发生碰撞 • 对于侧面碰撞，要兼顾生存空间要求与制造成 本选择一个最佳侧面刚度 – 侧面刚度过小，车门的侵入造成车内乘员失去生存 空间 – 侧面刚度过大，造价太高 14 一个“过设计”的例子 千万不要把车设计成坦克