汽车碰撞试验

汽车事故工程 2/52 汽 车 事 故 工 程 第六章 汽车碰撞试验和相 似模型原理 第一节 汽车碰撞试验 第二节 事故力学与相似模型原理 第三节 汽车碰撞后轨迹相似模型 试验 3/52 汽 车 事 故 工 程 第一节 汽车碰撞试验 一、汽车碰撞规范 法规中比较有代表性的是美国的联邦 机动车安全法规 (FMVSS)和欧洲法规 (ECE和EEC)，其他如日本、加拿大、澳 大利亚等国家的法规基本上都是参考美 国和欧洲的法规制定的。 4/52 汽 车 事 故 工 程 中国对汽车实行了38项强制性安全法 规，其中包含了对座椅、安全带固定点、 安全带总成等的要求。 在1989年中国对整车碰撞安全性也制 定了国家标准(GB/T11551汽车乘员碰撞 保护、GB/T11557防止汽车转向机构对 驾驶员伤害等)。 中国已于2000年1月1日实施了“关于正 面碰撞乘员保护的设计规则 (CMVDR 294)。其他汽车碰撞安全法规也将陆续 颁布实施。 5/52 汽 车 事 故 工 程 1．美国法规与欧洲法规 美国是最早开始机动车被动安全性 研究的国家。迄今为止，在联邦机 动车安全法规(FMVSS)中，有关被 动安全性的法规有26项，已经形成 了完整的体系。其内容包括了被动 安全性的各个方面。 6/52 汽 车 事 故 工 程 7/52 汽 车 事 故 工 程 8/52 汽 车 事 故 工 程 1979年燃油系统完好规定34 1995年侧撞乘员防护认证规定95 1995年前撞乘员防护认证规定94 1975年正面碰撞中被撞机动车辆结构性能认证(不包括转向轮中心在全车长1/4内的汽车)33 1975年追尾碰撞中被撞机动车辆结构特性认证规定32 1974年商用车辆驾驶室乘员防护认证规定29 1969年防止转向机构对驾驶员伤害的认证规定12 发布年份内 容法规编号 ECE法规对整车碰撞安全性的各项规定和发布年份 9/52 汽 车 事 故 工 程 1．人体模块试验，速度 15mph(24.1km/h)力不 超过2500pb．(1l 123 N)。 2． 48.3km/h撞障碍壁，转 向盘水平后移量不超过 5 in。 3．结构设计要求：……。 1．无假人，48.3km/h正面碰撞 障碍壁。碰撞试验时，转向 盘向后移动不能超过 12.7cm，也不能向上超过 12.7cm。 2．在人体模块碰撞试验中 (24.1km/h)，冲击力不能超 过11 110N 3．在头形冲击锤试验中 (24.1km/h)，冲击锤的加速 度不能超过80g-3ms．峰值 不 能超过120g。 4．结构设计要求：……。 美国FMVSS 203，204欧洲ECE R12 防止转向机构向驾驶员伤害的认证规定 10/52 汽 车 事 故 工 程 试验： 1．摆锤1 500±250kg，碰撞面为平整的长方形。宽2 500mm，高800mm。摆臂长3 500mm。 2．摆锤质心低于R点150mm，但不高于地面1400mm。 与最前端接触。 3．冲击能量：对7 000kg以下的车辆为3 000kgfm；否则 为4 500kgfm(1 kgfm≈9.81J)。 4．顶棚强度和后墙强度。 无应对 的单独 条款， 包含在 FMVSS2 08中 要求： 1．可选择其附录三的全部试验或试验A和试验B。 2．在摆锤试验中，驾驶室逃逸空间应符合要求。假人空 间符合要求。 3．试验中驾驶室不能脱离固定位置。车门不能撞开，试 验后应能不用工具而打开；…… 美 国欧洲ECE R29 商用车辆驾驶室乘员防护认证规定 11/52 汽 车 事 故 工 程 追尾碰撞中被撞机动车辆结构特性认证规定 试验： 1．使用移动壁或摆锤。碰撞速度为35～38km/h。移动壁 或摆锤总质量为1 100±20kg。需有防止2次碰撞的装置 2．车况：加燃油90%，其他液体如制动液、冷却液等可 放空。可挂档，施加制动。 无相应 标准 要求： 1．不能有可能会造成乘员伤害风险的变形。 2．最后排座椅R点在地板上的投影相对于汽车不变形区域 的后移量不大于75mm。 3．碰撞时车门不能被撞开。碰撞后，车门应能不使用工 具而打开。无刚性顶棚的车除外。 美 国欧洲ECE R32 12/52 汽 车 事 故 工 程 无相应标 准．部分 内容包含 在208中。 要求： 1．碰撞速度48.3km/h．障碍壁前碰撞，无假人。 2．碰撞后通过座椅R点的横向平面和通过仪表板最后 边投影线的横向平面间的间距不小于450mm。确定 平面位置时不考虑按钮、开关等影响。在通过座椅 中心线的纵向平面每边的150mm范围内确定。 3．碰撞后通过座椅R点的横向平面与通过制动踏板中 心的横向平面间的距离不小于650mm。 4．放脚位置空间的左右隔板的间距不小于250mm。 5．汽车地板与顶棚的距离减少量不超过10%。 6．碰撞时汽车的侧门不能被撞开。 7．碰撞后，侧门应能不使用工具而打开。无刚性顶棚 的车除外。 美 国欧洲ECER33 正面碰撞中被撞机动车辆结构性能认证（不包括转向轮中心在全车 长1/4内的汽车） 13/52 汽 车 事 故 工 程 试验内容： 1．障碍壁前碰撞试验，碰撞速度30mph（1 mph＝ 1.609km/h)，90 °+30 °内，满足要求1、2、 3、4、5。 2．20mph侧撞试验， 90°平板移动壁，。 满足要求1和2。 3．滚翻试验，30mph，满足要求6。 4．有关低功率气囊试验．对不使用安全带的假人 ，可用滑车试验。 试验内容： 障碍壁前碰撞试验，60 °夹角。在汽 车中心线与障碍壁的交点两侧各 350mm处固定防滑装置，前面板的角 度应使汽车驾驶员侧先与障碍壁接触 ，碰撞速度为48km~50km。 要求： 1．HIC≤1 000。 2．胸部加速度≤60g(气囊试验可为80g)。 3．胸骨压缩量≤75mm。 4．大腿力≤10kN。 5．假人保持在车内。 6．1996年9月1日后生产的汽车必须安装气囊。 2001年前生产的低功率气囊试验中假人颈部伤 害指标： (a)弯曲扭矩：190Nm SAE Class 600 (b)外翻扭矩：57Nm SAE Class 600 (c)轴向拉力：3300N峰值，SAE Class l000 (d)轴向压力；4000N峰值，SAE Class1000 (e)轴向剪力：3100N峰值。SAE Class l000 要求： 1．HPC≤1 000。 2．THPC≤75mm。 3．FPC≤10kN。 4．碰撞过程中车门不能被撞开，也不 能由于碰撞而卡死上：撞后不用工 具应能将车门打开。 5．释放约束系统的力≤60N。假人能 顺利移出。 6．燃油泄漏量≤30g/min。 美国FMVSS 208欧洲ECE R94 前撞乘员防护认证规定 14/52 汽 车 事 故 工 程 要求： 1．在驾驶员侧试验，除非汽车两边的结构明显不同会影响试验结果。 头部HPC≤1 000。 胸部肋骨变形RDC≤42毫米。 软组织指标VC≤1.0 m/s。 C=max( 要求： 1. 动态碰撞试验要求 HIC无要求 胸部加速度85g 骨盆加速度130g 胸骨位移、燃油泄漏：无要求 撞击一侧车门不能脱离：非撞 击侧车门关闭。 2．静态压缩试验要求 无座椅时： 初始阻力2250 lb，中间阻力 3500 lb，峰值7000 lb。 有座椅时： 初始阻力2 250 lb，中间阻力4 375 lb，峰值12000 lb。 要求： 1．在驾驶员侧试验，除非汽车两边的结构 明显不同会影响试验结果。 头部HPC≤1 000。 胸部肋骨变形RDC≤42毫米。 软组织指标VC≤1.0 m/s。 腹部力不大于2.5kN内力(4.5kN外力) C=max( )，D—肋骨变形。 2．碰撞过程车门不能被撞开。 3．碰撞后，不用工具应能将车门打开足够 的程度，供正常进出、释放假人、移出 内部设备，不能有对人体有伤害风险的 变形。 4．燃油泄漏量不大于30g/min。若燃油与 其它液体混合且不能区分，则全部记录 在内。 美国FMVSS 214欧洲ECE R95 0.15D dD dt⋅ 侧撞乘员防护认证规定 15/52 汽 车 事 故 工 程 试验： 1．可变形移动壁碰撞试验，美国 侧撞假人，速度33.5 mph(53.9 km/h)。碰撞方式 27 接近，90 碰撞面接触。 变形移动壁左边缘距离轴距轴 心点 37 in。若车轴距大于114 in，则为前轴后面20in(误差 ±2 in)。 离地间隙1lin(279mm)。 2．侧面静压试验、 试验： 1．欧洲侧撞假人，可变形的移动 壁。有避免二次碰撞的装置 ，移动壁中心线与汽车的中 心线垂直。 2．碰撞点：移动壁的中心通过座 椅的R点，偏差为±25mm。 3．碰撞速度50±1km/h。 注：1in=2.54cm l lb=16 oz=0.454kg 侧撞乘员防护认证规定 16/52 汽 车 事 故 工 程 试验： 1．前障碍壁碰撞试验： 90°±30 °，30mph。 2．后移动壁碰撞试验：90°， 30mph。 3．侧面移动壁碰撞试验：90°， 20mph。 4．移动壁碰撞试验：30mph，移动 壁碰撞面具有汽车轮廓，任意角 度，任意位置。 试验： 1．静压试验。 2．障碍壁前碰撞试验：90°，速度 为48.3～53.1km/h。 3．后碰撞试验：速度35~38km/h，摆 锤或移动壁，90°。 要求： 碰撞开始至汽车停止不超过1 oz，1 min内不超过l oz，5 min内不超过5 oz，25min内每分钟的时间间隔不超 过1 oz。回转台试验…… 要求： 油箱静压试验： 0.3kgf/cm2(1kgf/cm2≈9.8110-4N/cm2) 10-4N/cm2)维持1min。 动态试验：前碰撞和被追尾碰撞试验 ，泄漏量不超过30g/min。 美国FMVSS 301欧洲ECE R34 燃油系统完好性规定 17/52 汽 车 事 故 工 程 2．欧洲各安全法规间关系分析 被动安全性法规的最终目标是减少乘员的 伤害风险。碰撞事故的形态主要有前碰撞、侧 面碰撞、追尾碰撞、汽车滚翻。 乘员伤害主要由以下4种原因造成： (1)碰撞时汽车结构变形； (2)乘员与车内结构二次碰撞，或肢体的运动过 度(如头部剧烈运动造成颈部伤害)； (3)由于碰撞后汽车结构破损而使人体的某些部 分越出车外； (4)碰撞后起火。 18/52 汽 车 事 故 工 程 与汽车整车碰撞安全性有关的7项ECE法规可分 为三个部分： ¾第一部分，是由R12防止转向机构对驾驶员伤 害的认证规定、R32追尾碰撞中被撞机动车辆结 构特性认证规定、R33正面碰撞中被撞机动车辆 结构性能认证(不包括转向轮中心在全车长1/4内 的汽车)、R34燃油系统完好认证规定共4项组成。 ¾第二部分，是R29商用车辆驾驶室乘员防护认 证规定。 ¾第三部分，是R94前碰撞乘员防护认证规定和 R95侧撞乘员防护认证规定。 19/52 汽 车 事 故 工 程 第一部分法规试验内容 R34油箱静压试验 R32，R34无假人35～38km/h移动壁或 摆锤后碰撞试验 R12、R33、 R34 无假人48.3km/h障碍壁90 ° 正面碰撞试验 R12头型冲击锤试验 R12人体模块试验 适用法规试 验 20/52 汽 车 事 故 工 程 1） 小腿冲击锤撞击保险杠试验 2） 大腿冲击锤撞击发动机盖前缘试验 3） 成人及儿童头部冲击锤撞击发动机盖 上表面试验 欧共体指令74/483/EEC涉及检验汽车前部的行人 安全性能的试验方法，是目前较为系统的行人保 护法规。该指令于1998年生效，适用于新车定型 试验，并从2001年10月起适用于所有上路车辆。 该指令要求检验所有参与车辆和行人之间相互作 用的部件，其试验包括： 21/52 汽 车 事 故 工 程 4．中国被动安全法规的现状 3．美国各法规关系分析 1）法规项目 燃油系统完好认证规定R34 侧碰撞乘员防护认证规定R95 前碰撞乘员防护认证规定R94 商用车辆驾驶室乘员防护认证R29 前碰撞转向机构及汽车结构特 性的认证规定R12 内 容法规编号 22/52 汽 车 事 故 工 程 2）．法规试验内容 1. 侧门静压试验。 2. 48.3km/h变形移动壁侧碰撞试验：测量 假人损伤指标、燃油泄漏等。 (待条件成熟后再实行) 侧碰撞乘员防护认 证规定 R95 48.3km/h障碍壁前碰撞试验：90°，测 量假人损伤指标、燃油泄漏等。 前碰撞乘员防护认 证规定 R94 摆锥冲击试验。商用车辆驾驶室乘 员防护认证规定 R29 1. 人体模块转向盘冲击试验。 2. 头形冲击锤冲击试验。 3. 48.3km/h障碍壁前碰撞验：90°，检 验汽车转向盘后移量、上移量和汽车 结构变形。 前碰撞转向机构及 汽车结构特性的认 证规定 R12 试验内容法 规编 号 表6-13法规、试验内容 23/52 汽 车 事 故 工 程 说明：R12、R94、R34的前碰撞试验中。汽车中心轴线与障碍壁 的夹角全部采用90°。其中，R94法规已作为中国机动车设计规 则CMVDR 294 “关于正面碰撞乘员保护的设计规则”实施。在R95 侧碰撞乘员保护中，必须确定使用美国侧碰撞假人还是欧洲侧撞 假人，还需确定中国汽车前部的平均刚度用于确定变形移动壁的 变形特性。因此，侧撞法规将尚未实施。 1 油箱静压试验。 2 速度48.3km/h障碍壁前碰撞试验：90 或60 。 3 速度35~38km/h刚性移动壁或摆锤后碰撞试 验。 4 速度48.3km/h变形移动壁侧碰撞试验。(如果 实行R95侧面碰撞试验，则执行此项试验。 如果不执行R95侧面碰撞试验，可用 35km/h~38km/h刚性移动壁或摆锤侧碰撞试 验来代替)。 燃油系统 完好性认 证规定 R34 24/52 汽 车 事 故 工 程 3） 参考欧洲法规制定汽车碰撞行人的有关法规 二、实车碰撞试验方法 欧洲碰撞试验基本类型 1．固定壁碰撞试验 25/52 汽 车 事 故 工 程 汽车在较短的距离即可达到较高的 速度。试验车直接牵引，不会发生 钢索等产生的故障，适合于室内试 验。试验成本较高。 使用直 线电机 需要准备较长的行车距离，容易调 节撞车速度，并且可精确地调整撞 车速度。 使用绞 盘 需要大型牵引车，动力损失较大。 需要较长的路段，撞车速度需要靠 司机调整。需要训练司机。试验容 易，成本低。 使用牵 引车 牵 引 式 特 点分类型式 表6-14确试验车的加速方法 26/52 汽 车 事 故 工 程 需要在试验车上安装特殊的自动驾驶设 备，成本较高，但速度控制容易。 遥控 驾驶 自行式 可在较短的加速距离内产生较高的碰撞 速度。速度控制较为困难。 橡皮 绳弹 射 发射式 为达到撞车速度，行驶距离要长，并且 试验车的碰撞姿态不是水平的。速度调 节比较困难。无需特殊加速装置。 下坡 行驶 如果提高动滑轮的速比，在较短行程中 可达到较高的速度。在重锤、钢索、滑 轮和试验车的连接传动过程中产生较多 的动力损失，速度精度不高。 重锤 下落 重力式 27/52 汽 车 事 故 工 程 全宽碰撞和偏置碰撞 28/52 汽 车 事 故 工 程 2．移动壁碰撞试验 侧面碰撞 29/52 汽 车 事 故 工 程 1）车对车碰撞试验 2）翻车试验 30/52 汽 车 事 故 工 程 2）翻车试验 31/52 汽 车 事 故 工 程 3．模拟人 模拟人（标准假人）是汽车碰撞试验最基本的用具。模拟 人最初用于飞机座椅弹出试验，1960年美国开发了汽车碰撞 试验模拟假人VIP。美国汽车工程师协会标准SAE对50th模拟 假人(即第50百分位的假人—按统计，美国50%男子的体重和 座高等体格参数比该假人低)的尺寸、重量、弹簧常数等进行 了规定。用于撞车试验的模拟假人所要求的性能如下： (1) 尺寸、重量分布、关节的活动、胸部等各部分在受载荷 时的变形特性应与人体很相似； (2) 应能对人体相对应的各部分的加速度、负荷等参量进行 测定； (3) 个体间的差异小，反复再现性好，并且具有优良的耐久 性。 32/52 汽 车 事 故 工 程 三、汽车碰撞刚度 1．力－位移曲线 2．共存性相关