汽车被动安全:TA真的很努力!

栏目:跆拳道 来源:150家综合网站打包发布 时间:2019-07-06

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“注意安全”,这是老司机们出门的时候,被嘱咐的最多的一句话,不要看到小姐姐就光顾开车了,安全第一!开车诚可贵,“生命”价更高啊!开车注意安全,一定要记住了!



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汽车被动安全

可参考漫谈君的另一篇文章:

汽车设计:汽车安全气囊的设计开发!


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被动安全装置是指在交通事故发生后能尽量减小人身损伤的安全装置,包括对乘客和行人的保护,被动安全装置不能防止或避免事故的发生,但是,它们可以在事故发生时,最大程度地减轻人身伤害程度。



影响车辆被动安全性能的零部件主要包括车身结构、安全约束系统(安全带、安全气囊)、座椅、门锁等多个分系统,文中将主要从车身结构及安全约束系统两方面阐述被动安全系统的结构以及工作原理。



一、车身硬件结构

坚实稳固的被动安全是保护人身财物安全最重要的系统,而安全的车身结构是所有被动安全设施的基础,也是车内最后一道防线。

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车身结构的分类

 一般来说,车身结构被分为以下几种类型:



1)非承载式车身

非承载式车身是不参与承载重量的车身,这种车身通过多个橡胶垫沿车身安装在大梁上,橡胶垫可以吸收以及缓冲来自不平路面的冲击和振动,从路面、发动机、转向机构、传动机构、悬架等传来的振动不会直接传给车身,从而提高驾乘者的舒适度。



2) 承载式车身

承载式车身的上半部分和底部框架被加工成一个整体,保证了质量效益和结构牢固,相比同级别其他车通常采用的上下分离式车身结构,承载式车身为车辆性能和抗撞击性打下了良好的基础,承载式车身在其车身结构中大量使用高强度钢材。



3)半承载式车身

 这是一种介于非承载式车身和承载式车身之间的车身结构,因此被称为半承载式车身,它的车身本体与底架用焊接或螺栓刚性连接,加强了部分车身底架而起到一部分车架的作用,例如发动机和悬架都安装在加固的车身底架上,车身与底架成为一体共同承受载荷,这种形式实质上是一种无车架的承载式车身结构。

因此,通常人们只将汽车车身结构划分为非承载式车身和承载式车身。



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安全车身的特点

安全车身是在这三种车身结构的基础上,有针对性的对其安全性进行改进与优化。在事故调查中,正面及侧面碰撞造成乘员死亡的比例是最大的(如图所示,35%的死亡事故是由侧面碰撞所产生,而正面碰撞的比例则多达到40%)。

经计算可知,在车速80km/h发生碰撞时,这部分能量占总碰撞能量的70%。因此,在发生正面碰撞时,车身前部结构吸能与车室变形关系重大,所以,首先应该对汽车车身前部和侧面结构进行优化。



安全车身应该包括前后碰撞变形区和高强度乘员舱,前后碰撞变形区应拥有柔软的吸能区,吸能区在正面碰撞中变形越大,对于碰撞能量的吸收就越多,产生二次碰撞的能量也就越小,可以尽可能小的避免撞击力传到乘员舱中。

时,应采用高强度乘员舱,保证碰撞后乘员舱的有效空间,避免乘员受到挤压,减少乘员受伤的危险,特别是在遭受侧面碰撞时,由于轿车侧面与外界只有一扇车门之隔,因此车门的抗冲击能力和乘员舱的框架强度成为保护乘员的根本。



对于正面碰撞时的保护,可以在以下方面对前后碰撞变形区进行改进:利用汽车前部的压溃变形吸收能量,以缓解碰撞加速度,汽车前部(特别是纵梁)常设计威S形纵梁或Y形纵梁。

而对于提高侧面抗撞能力可采用以下措施:



除此之外,车身的材料对其安全性同样起的非常重要的作用。如下图所示安全车身结构通过使用不同强度的钢材(图中不同颜色代表不同强度钢材),将车身的前后分为多个变形吸能区域,乘员舱用高强度钢,保证其强度,在侧面增加了更高强度钢的加强筋,将侧面碰撞力有效地转移到车身具有保护作用的梁、柱、地板、车顶及其他部件,使撞击力被这些部件分散、吸收,从而极大限度地把可能造成的损害降低到最小程度。



安全车身通过吸能变形区的设计,让车体的前部在碰撞时吸收大部分能量,让坚固的乘员舱尽量减少变形以避免乘员受到挤压。最重要的是要使以下三种情况得到保证:

1)发生碰撞后乘员舱的变形量极小或者不变形车身前部变形明显

发动机盖向上翘弯,叶子板也向两旁弯曲,发动机室里的机件则向上方及两侧移动,惟独不朝客舱的方向溃缩。



2)碰撞后车门是否能顺利打开

车厢的刚性结构,在将传至乘员的冲击力 减小的同时也使车厢的变形减至最小。这样能够保护乘员舱的完整性及保护乘员安全逃离,既要防止汽车发生侧面碰撞时车门自动打开,又要保证碰撞后车门能够容易开启,以利于乘员的车外救护。



3)能量吸收机构是否可以降低对成员造成二次碰撞的撞击力

把冲撞力切断、吸收,再经由整体式车身,把力量均匀分散至车身各部分骨架。现代车身的安全设计以自我牺牲的方式,当车子在重撞击的瞬间,尽可能降低内部空间的变型程度,最大限度保护座舱中的驾乘者。



二、可靠的内部软件

汽车被动安全系统的作用是在碰撞过程中减少对乘员的伤害,而安全约束系统直接与乘员相接触,其性能直接决定了乘员的受伤害程度,基于整车结构耐撞性,提高安全约束系统结构参数的合理性是提高整车被动安全性能的关键,安全约束系统主要包括安全带和安全气囊。

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安全带

汽车安全带是安全约束系统的重要组成部分之一。国内生产的车型安全气囊均是作为辅助系统配合安全带共同使用,起到保护乘员、降低伤害风险的作用。统计数据表明。佩戴安全带将使发生碰撞事故时乘员的伤亡概率大大降低。



安全带对乘员的保护原理如下:当发生碰撞事故时,安全带根据乘员的姿态收紧或束缚乘员在座椅上,避免乘员与座椅分离,保护乘员的头部、胸部不至于向前撞到方向盘、仪表板等零件上,避免乘员受到二次伤害。

1)安全带工作原理

当车辆减速度达到0.45G(或者车辆倾斜角度大于27°)时,敏感钢球滚动顶起车感臂,车感臂尖与圆盘外齿接触,圆盘外齿停止转动而芯轴继续转动,棘爪沿圆盘外齿上孔的轨迹伸出,锁在支架齿上;当车辆倾斜角度小于12°时,敏感钢球不得滚动,卷收器不得锁止。



当在往织带拉出方向以大于等于2.0G的加速度拉出织带时,带感摆轮相对圆盘外齿转动,尖端卡在右端盖上,进而圆盘外齿停止转动,棘爪沿圆盘外齿上孔的轨迹伸出,锁在支架齿上,达到锁止目的。

当以小于0.8G的加速度拉出织带时,带感摆轮不得摆起,卷收器不得锁止。当卷收器锁止时在织带拉出方向加载,力值小于等于14700 N,卷收器不得破坏而失去锁止功能。



2) 安全带分类



A. 三点式安全带

最普通的安全带



B. 限力式安全带

相对于普通三点式安全带,限力式增加了限力杆,限力杆的作用是:在紧急锁止后乘员前倾的过程中,由于限力杆的扭转,织带会慢慢被释放,而释放的速度取决于所选的限力杆的规格力值,需要匹配安全气囊的充气时间以及乘员胸部可以承受的压力等综合因素来平衡取舍。



C. 单预紧式安全带

单预紧式安全带相对限力式多了一项预紧功能,通常为肩部预紧,在设计安全带时,为了保证乘员在正常行驶过程中的舒适性,通过设定适当的卷簧力,使织带佩戴在乘员身上时不会感觉到太强的束缚感,即预留了一定长度的活动空间。

所谓预紧,是指当发生碰撞时,织带会迅速回卷一部分,消除安全带与乘员之间的间隙,以使乘客牢牢地被束缚在座椅上,后续再通过限力作用慢慢释放织带,以使胸压量维持在一个适当的力值。


预紧限力式安全带


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安全气囊

汽车安全气囊作为影响汽车被动安全性的重要组成部分。随着汽车被动安全性能的提升而逐步发展。气囊与安全带的密切配合可大大降低事故发生时乘员的伤害指数。

正面气囊可以减轻驾驶员面部的伤害,侧面气囊则可以很好地保护乘员的头部和侧面,膝部气囊主要起保护乘员腿部的作用。



根据目前市面车辆的统计情况,正面气囊及侧面气囊已基本普及,而膝部气囊则多数应用在较高端车型上,某款高端SUV(Spots Utility Vehicle)车型配备了前排双膝部气囊,这在国内的量产车型中不多见,大部分配备膝部气囊的车型均是主驾驶位置。



1) 安全气囊工作原理

在发生一次碰撞后、二次碰撞前,瞬间在乘员和汽车内部结构之间打开一个充满气体的气袋,乘员在惯性的情况下身体某个部位扑在气囊上,然后通过气袋的排气孔释放气体,在气体释放的过程中吸收乘员的动能,达到保护乘员的目的。



碰撞传感器接收到汽车碰撞强度信息并将其传给ECU(Electronic Contml Unit),ECU接收信息后进行判断,当判断需要打开气囊时,发出点火信号触发气体发生器,气体发生器点火后迅速产生大量气体,在乘员与汽车内部结构之间形成一个充满气体的气袋,使乘员在发生碰撞事故时,身体与柔软的气袋相接触,达到减少伤害、保护乘员安全的目的。

2)气囊构成组分

安全气囊主要由气体发生器、气袋、碰撞传感器和控制单元(ECU)组成。




三、结语

被动安全系统是一套复杂的体系,在新车型的研发过程中,需要通过CAE分析、滑台试验、实车碰撞试验、标定等进行多个数据的采集、分析、整理,找出适合所开发车型的最优匹配方案,只有各个子系统协同工作,才能发挥最大的保护作用。



随着科学技术的不断进步,车辆的安全性能也将越来越高,除了汽车被动安全系统的性能提升,在主动安全系统方面,各主机厂和零部件厂商也在加紧进行研发和突破,包括ESC(Electronic Stability Controller)、主动刹车系统等,已越来越多地应用于新型乘用车上。



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由漫谈君根据经验整理,仅供学习、交流!

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