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马德仁博士奇瑞汽车工程中心主任汽车正面碰撞安全设计汽车正面碰撞安全设计第2页共240页马德仁博士，2013.4总目录l正面碰撞介绍1.碰撞安全介绍2.基本原理3.正面碰撞安全法规与NCAP4.正面碰撞测试假人l正面碰撞安全开发5.系统工程与性能开发6.结构耐撞性设计7.约束系统8.安全仿真9.安全试验汽车正面碰撞安全设计第3页共240页马德仁博士，2013.41.碰撞安全介绍1.1碰撞安全综述1.2典型碰撞事故案例1.3碰撞安全发展趋势目录汽车正面碰撞安全设计第4页共240页马德仁博士，2013.4交通事故致人伤亡是一个世界性问题！Doyouknow？•交通事故全球范围内每年导致130万人死亡•3000万人受伤•每25秒1人因交通事故死亡•每1秒1人因交通事故受伤•70%的交通事故死亡发生在新兴市场国家•交通事故是1~34岁的美国人死亡的首要原因•汽车交通事故伤亡导致的损失：——2310亿美元/年（美国）——5000亿美元/年（全球）1.1碰撞安全综述汽车正面碰撞安全设计第5页共240页马德仁博士，2013.4交通事故的历史数据(相关发达国家的事故死亡率)1.1碰撞安全综述汽车正面碰撞安全设计第6页共240页马德仁博士，2013.41.1碰撞安全综述交通事故的历史数据(相关发达国家的事故死亡率)PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建页马德仁博士，2013.4导致伤亡的十大因素(全球)1.1碰撞安全综述汽车正面碰撞安全设计第8页共240页马德仁博士，2013.4全球代表地区的交通死亡分类1.1碰撞安全综述汽车正面碰撞安全设计第9页共240页马德仁博士，2013.4数据来自美国高速公路管理局。在汽车碰撞事故中，发生正面碰撞的约占49%，侧面碰撞占25%，追尾碰撞占22%，其他类碰撞占4%。因此，正面碰撞事故是发生频率最高的碰撞形式。美国交通事故碰撞类型统计1.1碰撞安全综述汽车正面碰撞安全设计第10页共240页马德仁博士，2013.4•2001年至2012年之间，我国已经超过100万人死于各类道路交通事故。•2005年，我国道路交通事故死亡人数为9.9万人，•2006年，死亡人数下降为8.9万人，•2010年，死亡人数下降下降至6.5万人，为10年来的最低点。•2012年，全国涉及人员伤亡的道路交通事故210812起，共造成62387人死亡。020406080100120单位\千人2001-2011中国交通事故死亡人数1.1碰撞安全综述汽车正面碰撞安全设计第11页共240页马德仁博士，2013.4200220042006200820100306090120150180交通事故死亡人数受伤人数汽车销量统计数据（百万）年份2002年至2012年之间，我国的汽车销量成爆炸式的发展。交通事故总数有所下降，交通事故伤亡人数也有缓慢下降，我国汽车安全水平总体提高，但仍然面临严峻的问题。1.1碰撞安全综述汽车正面碰撞安全设计第12页共240页马德仁博士，2013.41.碰撞安全介绍1.1碰撞安全综述1.2典型碰撞事故案例1.3碰撞安全发展趋势目录PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建页马德仁博士，2013.4视频举例1.2典型碰撞事故案例汽车正面碰撞安全设计第14页共240页马德仁博士，2013.4正面相撞正面中心撞柱钻底正面撞墙1.2典型碰撞事故案例汽车正面碰撞安全设计第15页共240页马德仁博士，2013.4侧面撞柱追尾侧面碰撞翻滚1.2典型碰撞事故案例汽车正面碰撞安全设计第16页共240页马德仁博士，2013.4戴安娜车祸案的庭审现场，一名出庭作证的英国警方官员表示：戴妃的保镖当时系上了安全带,得以在车祸中幸存。如果戴安娜系好安全带、他们乘坐的车又没有超速行驶的话，即使发生车祸，这两个人也可能活下来。照片中黑色奔驰车基本解体，车的档风玻璃破碎，安全气囊弹出，发动机完全被毁。英国王妃戴安娜死于1997年8月31日的巴黎车祸梅赛德斯-奔驰280SE3.51.2典型碰撞事故案例汽车正面碰撞安全设计第17页共240页马德仁博士，2013.4杭州雅阁门事件：2005年1月9日下午2时，一辆车牌号为“沪D25627”的本田雅阁轿车在行至上塘高架入口时，突然一条黄狗蹿出。车头撞上狗后，又撞上绿化隔离带、水泥隔离墙。雅阁车当场解体断成两截，酿成一起三死两伤的特大交通事故。本田雅阁被“拦腰”截断浙江省质量技术监督检测研究院作出的《质量鉴定报告》对此次交通事故的结论是：转向系统未发现异常情况；制动系统未发现异常情况；安全气囊是在撞击水泥隔离墙端面时弹出，属正常弹出；车身断裂部位的结构、制造工艺符合图纸和有关标准要求。发生断裂原因是车身右侧与狭窄的刚性隔离墙端面猛烈撞击所致，碰撞力度超过了车身结构本身的设计强度。1.2典型碰撞事故案例汽车正面碰撞安全设计第18页共240页马德仁博士，2013.41.碰撞安全介绍1.1碰撞安全综述1.2典型碰撞事故案例1.3碰撞安全发展趋势目录PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建页马德仁博士，2013.4基于智能化的一体化安全技术基于电控系统的汽车主动安全技术汽车被动安全技术传统的汽车主动安全技术势趋展发1.3碰撞安全发展趋势汽车正面碰撞安全设计第20页共240页马德仁博士，2013.4主动与被动集成的车辆安全系统SmartAirbagsDualStageActiveVentResettableAdaptiveSeatbeltsSideAlertDynamicRearViewCameraPre-CrashMitigationAdaptiveCruiseControlCollisionWarning/AvoidanceLaneKeepingNightVision（Off&On）DriverMonitoring1.3碰撞安全发展趋势汽车正面碰撞安全设计第21页共240页马德仁博士，2013.41、行车安全2、停车安全3、夜间行车4、行人安全各种碰撞法规研究的各类碰撞形式以及法规中没有，实际交通可能出现的事故形式。综合考虑交通环境中的各类参与者，包括成人（男性、女性）乘员、儿童乘员、成年行人、儿童行人。全人员各种工况各种驾驶环境考虑全人员、全工况的安全保护小腿1.3碰撞安全发展趋势汽车正面碰撞安全设计第22页共240页马德仁博士，2013.4WarningStateNormalDrivingStateCrashAvoidableStateCrashUnavoidableStateCrashOccursCrashProbabilityReductionZoneCrashEffectsReductionZonePostCrash驾驶全程的安全保护系统事故前自动避撞事故中乘员保护事故后有利救援辅助换道车道偏离报警前方碰撞报警路口避撞TPMS疲劳驾驶报警告警危险避免紧急制动车道保持ABS/ESCACC主动安全措施电话救援黑匣子阻燃技术1.3碰撞安全发展趋势汽车正面碰撞安全设计第23页共240页马德仁博士，2013.42.基本原理2.1动力学基本模型2.2人体损伤评价目录汽车正面碰撞安全设计第24页共240页马德仁博士，2013.4某车型50km/h正面刚性壁碰撞：视频举例2.1动力学基本模型PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建页马德仁博士，2013.4车辆加速度vs.乘员胸部加速度乘员胸部加速度峰值32g车辆加速度峰值35g2.1动力学基本模型汽车正面碰撞安全设计第26页共240页马德仁博士，2013.4dttvtamdttvtamEtdxtamtdxtamEtxtxtxtdxtamEvtvtvtvtvvt)()()()()()()()()()()()()(000/00000000/00000/0000000∫∫∫∫∫+=+=+==Occupantenergyabsorbed:GB1155750km/h正面刚性壁障碰撞——乘员质量0m)(0ta)(0tx)(txv)(/0txv)(/0tvv)(tvv——乘员加速度——乘员位移——车辆位移——乘员相对于车辆的位移——车辆速度——乘员相对于车辆的速度简化动力性模型——乘员空间——车辆变形空间0E——乘员总动能2.1动力学基本模型汽车正面碰撞安全设计第27页共240页马德仁博士，2013.4乘员约束系统的迟滞，使乘员的动能被车身结构变形吸收的能量(Ride-down能量)减小，不利于降低乘员伤害。因此，要想办法缩短约束系统的延迟现象！120212012211112002)-(2-11--)(21SvΑSSSvaSSSSSSSSASSSamvmadxdddddtv=+=+=+=-==∫m约束系统延迟对Ride-Down的影响分析预张紧安全带？2.1动力学基本模型汽车正面碰撞安全设计第28页共240页马德仁博士，2013.4约束力变成斜线，设计空间S1+S2需要成倍增长。因此，实际需要的设计空间要远大于理想的情况！120212021221121121112002)-(-11)-(2)-(--)(2121SvΑSSSvaSSSAaSSSSSSASaSSSSSSSmvmadxdddddddtv=+=⎟⎟⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎜⎜⎝⎛+=×+=+-==∫m约束力形状对Ride-Down的影响分析2.1动力学基本模型汽车正面碰撞安全设计第29页共240页马德仁博士，2013.42.基本原理2.1动力学基本模型2.2人体损伤评价目录汽车正面碰撞安全设计第30页共240页马德仁博士，2013.4车身撞上撞墙前车身变形撞上车身发动机后移撞上车身膝盖碰上挡板头胸部撞击方向盘软组织器官与骨架撞击脚碰上脚挡板前碰撞时间顺序0102030405060时间ms假人开始前冲1232.2人体损伤评价1.车身撞上撞墙2.假人与内饰件撞击3.软组织器官与骨架撞击PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建ÿ页马德仁博士，2013.4身体区域lHead-Neck»Head»Cervicalvertebrae(SpineC1-C7)lTrunk»UpperTorso-Shoulder,Ribs,Spine(T1-T12)»LowerTorso-Spine(L1-L5),Sacrum,PelvislUpperLimb»UpperArm»LowerArm»HandlLowerLimb»UpperLeg»LowerLeg»Foot&Ankle2.2人体损伤评价汽车正面碰撞安全设计第32页共240页马德仁博士，2013.4人体骨骼结构2.2人体损伤评价汽车正面碰撞安全设计第33页共240页马德仁博士，2013.496/79/EC(ECER94)ADR69/00ADR73/00GB11551-2003Jan-97(Sep-98)Dec-98Jul-98Oct-99HIC(15ms)-390570700700700700HIC(36ms)1000100010001000ResAccel(3ms)g8080Nij111111TensionN78011301490262020704170CompressionN96013801820252025204000NIC,tensionseefigureseefigureNIC,shearseefigureseefigureExtensionNm5757ResAccelg50556060606060Deflectionmm34405252635076.25075Deflectionratem/sV*Cm/s11FemurLoadkN6.8101010Femurfor