实验教学系列课件 ---- 汽车碰撞测试实验...

实验教学系列课件---- 汽车碰撞测试实验

重庆交通大学交通运输工程实验教学中心

2010 年 9 月编制

本节主要内容和要求：(1) 了解汽车碰撞试验的意义。(2) 对汽车碰撞试验室的各种设备有感性的认识。(3) 了解 C-NCAP 及其检测项目(4) 掌握汽车被动安全的评价标准。

重点：汽车碰撞试验的意义所用仪器与设备

室内汽车碰撞试验中心，第 50 百分位男性 Hybrid Ⅲ 假人。

一、理论基础（ 1/16 ）目的：

以再现交通事故的方式，分析汽车在碰撞过程中车内乘员与车辆相对运动状态，乘员及车辆伤害状态等，通过分析结果可以改进车辆结构安全性设计和增设汽车乘员保护装置。

在汽车的设计制造阶段就将汽车的安全性作为极其重要的指标，并通过一系列的试验获得各种关键数据以提高汽车的被动安全性，最大限度的保障人员安全。

碰撞试验

一、理论基础（ 2/16 ）作用：

1. 通过对试验车辆上安放假人的伤害值评价，可以得到对汽车整体安全性能的综合评价；

2. 还可以对汽车座椅、座椅头枕、安全带、门锁和门铰链、转向系统、安全气囊、油箱、儿童约束系统等部件进行安全性能评价；

3. 还可以对汽车车身上的安全带连接部、座椅连接部、车身结构强度与吸能、车内凸出物等方面进行安全性能评价。

碰撞试验

一、理论基础（ 3/16 ）1 ．主要的汽车碰撞防护装置

(1) 安全带：最重要，但少儿不宜。 (2) 保险杠：普遍(3) 安全气囊：保护前排乘员正侧面

碰撞试验

一、理论基础（ 4/16 ）2 ．汽车碰撞试验

通过伤害生物力学对交通事故的保护客体—人体的伤害进行研究，了解造成伤害的机理，人体对碰撞的忍受能力，以制定伤害评价指标，这是汽车碰撞安全性研究的基础。

提高汽车碰撞安全性的目的是在汽车发生碰撞时确保成员生存空间、缓和冲击、防止发生火灾等。

碰撞试验


试验方法可以分成 3 类：实车碰撞试验滑车模拟碰撞试验台架试验

碰撞试验


汽车发生事故中主要是：正面碰撞、侧面碰撞、偏置碰撞、追尾碰撞和车辆翻滚等。

对实车主要作正面碰撞试验、侧面碰撞试验、偏置碰撞试验、追尾碰撞试验和车辆翻滚实验。

目的是检查保险杠、车厢前部前围板区域所能吸收冲击能量的程度，考验车架结构强度，并借助车内假人的传感器所记录的数据，换算出和法规相对应的伤害指标，判断试验样车的碰撞性能。

碰撞试验

一、理论基础（ 7/16 ）3 ．被动安全评价

C-NCAP （ China New Car Assessment Programme ，即中国新车评价规程 )

C-NCAP 将在市场上购买的新车型按照比我国现有强制性标准更严格和更全面的要求进行碰撞安全性能测试，评价结果按星级划分并公开发布，旨在给予消费者系统、客观的车辆信息，促进企业按照更高的安全标准开发和生产，从而有效减少道路交通事故的伤害及损失。

碰撞试验


1 ）乘员安全评价碰撞试验假人又称为拟人试验装置，是用于

评价碰撞安全性的标准人体模型，与真人尽可能相似，处于模拟的碰撞事故条件下，它的动力学响应与相应的人体也十分相近。

按人体类型分，假人可分为成年人假人和儿童假人。成年人假人按体型大小还可细分，常用按体型分布比例 50%取中等身材假人（即第 50 百分位成年男子）进行试验。

例如 Hybrid III 或 EuroSID II

碰撞试验


1 ）乘员安全评价根据头部、胸部、腿部等主要部位的伤害程度将试验车的安全性进行分级。具体部位如下：头部：模拟人的头部是铝制骨架，橡胶做为“皮肉”将其覆盖，里面安装了 3个加速度传感器用来在碰撞中测试头部受到的加速度和冲击力。颈部：测量装置主要测量的是在碰撞中脖子受到冲击力的大小，受力后脖子前后弯曲和左右移动的幅度。

碰撞试验


1 ）乘员安全评价双臂：模拟人的双臂是没有携带任何传感器的，目

前没有一个很好的测试指标和衡量标准。胸部 ( 正面冲击 ) ： Hybrid III拥有的同比列尺寸的金属肋骨，以用来测试前排乘员在受到正面撞击时肋骨，胸腔受到的冲击力已经在冲击下胸腔变形的幅度。

胸部 ( 侧面撞击 ) ：侧面撞击时使用的是模拟人EuroSID II ，在三根肋骨上装载了三种不同的传感器用来测试在侧面撞击时胸腔被压缩的幅度和速度。

碰撞试验


1 ）乘员安全评价腹部： EuroSID II 的腹部里装备了一个可以测试撞

击力度的传感器，以测试多大的撞击力会造成腹部的伤害。

骨盆：在腰部装了一个传感器，以记录碰撞中多大的力会造成关节脱臼及骨盆破碎。

大腿：用 Hybrid III 模拟人，这一测试的区域包括骨盆、大腿、膝部组成。装在大腿内的传感器负责收集受到正面冲击时的数据和记录受到伤害的区域及程度，在较为严重的撞击下股骨遭到撕裂及脱臼的情况，而一种特制的传感器则专门负责测量驾驶员膝部受到的来自方向盘的冲击力度。

碰撞试验


1 ）乘员安全评价小腿：小腿中的传感器负责测量模拟人小腿在遭到多大力度撞击后会发生骨折、弯曲、被挤压等情况，同时还测试膝盖与小腿骨，脚踝骨及与小腿骨之间连接部分受伤的几率。

脚部：测量在正面撞击中驾驶员脚部受伤的几率，而受伤的几率是由于放脚的踏板附近的变形幅度和向车内压缩的距离决定的。

碰撞试验


1 ）乘员安全评价 —评价指标假人头部伤害指数 (HIC) 不得大于

1 000 。 HIC计算公式为

a为假人头部质心的合成加速度，用重力加速 g的倍数表示； t1 ， t2 为碰撞过程中所选择的两个时刻(s) 。

碰撞试验

1

2.5

2 121 2

1d ( )

t

tHIC a t t t

t t


1 ）乘员安全评价 —正面碰撞假人伤害评价等级

项目项目好好可以接受可以接受尚可尚可差差头部伤害指标头部伤害指标

((HICHIC))< 750< 750 750750 ～～ 899899 900900 ～～ 999999 ≥≥11 000 000

胸部压缩胸部压缩 < 50 mm< 50 mm 5050 ～～ 59 mm59 mm 6060 ～～ 74 mm74 mm ≥≥75 mm 75 mm

胸部加速度胸部加速度 < 60 g< 60 g 6060 ～～ 74 g74 g 7575 ～～ 89 g89 g ≥≥90 g 90 g

大腿轴向力大腿轴向力 < 7.3 kN< 7.3 kN 7.37.3 ～～ 9.0 kN9.0 kN 9.19.1 ～～ 10.8 10.8 kNkN ≥≥10.9 kN 10.9 kN

小腿指数小腿指数 < 0.8< 0.8 0.80.8 ～～ 0.90.9 1.01.0 ～～ 1.11.1 ≥≥1.2 1.2

碰撞试验


2) 结构安全性评价主要是衡量乘员存活空间的完整性。通过对变形测量、技术报告、照片和高速摄影进行分析，评价汽车结构安全性等级。 C-NCAP 碰撞安全程度星级指标

等级等级伤害的可能性伤害的可能性分数分数色标色标★★★★★☆★★★★★☆ >50>50

★★★★★★★★★★ ≤≤10%10% 33-4033-40 蓝绿蓝绿★★★★★★★★ 11%11% ～～ 20%20% 25-32 25-32 鲜绿鲜绿★★★★★★ 21%21% ～～ 35%35% 17-24 17-24 黄黄★★★★ 36%36% ～～ 45%45% 9-16 9-16 红红★★ ≥≥46%46% 1-8 1-8 黑黑

碰撞试验


3) 乘员约束在所有碰撞事故中须对乘员约束系统 ( 座椅安全带、

座椅、安全气囊和头部约束 ) 进行评价。正面碰撞乘员安全性评价等级（详见表 5-5 ）

碰撞试验

四、实验设备的工作原理室内汽车碰撞试验中心有碰撞区、牵引

系统、浸车环境室、照明系统、假人标定室、测量分析室及车辆翻转台等。

碰撞试验

四、实验设备的工作原理 1 ．固定壁障（刚性壁障）固定壁障表面宽 3 m 、高 1.5 m ，厚度应保证其质

量不低于 70 t ，壁障表面垂直于壁障前的路面，且覆盖一层 19 mm厚的胶合板，壁障尺寸和结构应足以限制其表面变形量小于车辆永久变形量的 1％。

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四、实验设备的工作原理 2 ．牵引系统

(1) 牵引能力：车辆牵引加速度≤ 0.3g ，以保证假人碰撞前的姿态。车辆牵引加速过程：车辆前半程加速、后半程匀速，速度控制精度： ±0.2km/h 。

(2) 牵引电机：采用两台 225 kW 的直流电动机，分别驱动两个轮毂，牵引钢丝绳为循环盘绕，在两个轮毂间使用液压油缸张紧

碰撞试验

四、实验设备的工作原理 3 ．照明系统

实车碰撞试验过程中，为了分析汽车的变形形态、了解假人的运动形态，必须同时采用多台高速摄影机或摄像机拍摄试验过程。

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四、实验设备的工作原理 4 ．测量系统

测量系统由电测量系统和光学测量系统构成。 1) 电测量系统

用于精确地测量碰撞过程中汽车各部位的加速度响应、对固定壁的碰撞力及乘员伤害评价用的各种响应信号。

(1) 碰撞过程中车体加速度响应信号一般在试验车车身的非压皱区安置加速度传感器，用于

测量车辆的冲击波形。

碰撞试验


1) 电测量系统(2) 固定壁障碰撞力实车碰撞试验系统上都装备有固定壁测力墙，固定壁碰

撞力测量墙由 36个测力单元构成。(3) 假人动力学响应的测量电测量系统可以测量碰撞过程中安全带的张力及试验假

人身体各部位的动力学响应信号，用于定量地分析和评价乘员的伤害程度。

碰撞试验


2) 光学测量系统——高速摄影光学测量系统用于获取直观的二维影像，分析碰撞过

程中车体的变形及其乘员的运动形态，适用于从总体上了解碰撞全过程。

序列影像运动分析是指使用摄影机或摄像机拍摄运动过程中的序列影像，而后进行定性分析和定量分析。

碰撞试验


2) 光学测量系统——高速摄影定性分析：对运动过程的序列影像缓慢回放、逐帧分

析，可以看到对于人眼来说发生得太快的事件，从而分析运动过程中的细节。

定量分析：在拍摄前，将运动物体的相关点设置醒目的标志点，对所摄取的运动过程的序列影像在像平面内逐帧进行像平面坐标判读，应用摄影测量学的理论，求解待测量点的位置，从而获取运动物体的特征参数。

碰撞试验


2) 光学测量系统——高速摄影

碰撞试验

四、实验设备的工作原理摄像机摄像机

编号编号摄像机摄像机速度速度

拍摄位置拍摄位置拍摄目标拍摄目标

11 1000fp1000fpss

风窗玻璃正面视野风窗玻璃正面视野驾驶员假人和乘员假人正面驾驶员假人和乘员假人正面运动形态运动形态

22 1000fp1000fpss

车辆左侧车辆左侧 AA 柱到柱到 BB 柱柱驾驶员假人运动形态驾驶员假人运动形态

33 1000fp1000fpss

车辆右侧车辆右侧 BB 柱到柱到 CC 柱柱后排假人运动形态后排假人运动形态

44 1000fp1000fpss

壁障到车辆左侧壁障到车辆左侧 BB 柱柱车辆左侧前半部分变形车辆左侧前半部分变形

55 1000fp1000fpss

车辆右侧车辆右侧 AA 柱到柱到 BB 柱柱乘员假人运动形态乘员假人运动形态

66 1000fp1000fpss

壁障到车辆右侧全视野壁障到车辆右侧全视野车辆右侧整体运动过程车辆右侧整体运动过程

77 30fps30fps 车辆左前车辆左前 45°45° 车辆左侧变形车辆左侧变形88 30fps30fps 车辆右后车辆右后 45°45° 车辆右侧变形车辆右侧变形99 30fps30fps 车辆顶部视野车辆顶部视野车辆变形车辆变形1010 30fps30fps 车辆正面视野车辆正面视野车辆正面前部变形车辆正面前部变形

碰撞试验

五、实验方法和步骤(1) 在标定室内对假人进行标定。 (2) 对被测汽车进行碰撞前准备。 (3) 被测实车安装在牵引机构，设置好正面碰撞固定壁障。 (4) 汽车控制系统控制直流电动机使实车达到试验测试速度和

保持车速稳定。(5) 与固定好的障碍物发生正面碰撞后，通过数据采集系统，采集出汽车结构发生变形的实验数据和标准假人的实验数据。

(6) 根据评定标准对汽车安全性能作出综合评价。详见 C-NCAP管理规则（ 2006版）

碰撞试验

五、实验方法和步骤1. 正面 100% 重叠刚性壁障碰撞试验

试验车辆 100% 重叠正面冲击固定刚性壁障，壁障上附以 20mm 厚胶合板。碰撞速度为 500

1 km/h （试验速度不得低于 50km/h ）。试验车辆到达壁障的路线在横向任一方向偏离理论轨迹均不得超过150mm 。在前排驾驶员和乘员位置分别放置一个 Hybrid III 型第 50 % 男性假人，用以测量前排人员受伤害情况。在第二排座椅最右侧座位上放置一个 Hybrid III 型第 5%女性假人，试验时该假人需佩戴安全带，用以考核安全带性能，暂不对该假人伤害指数进行评价。

在试验中需测量转向管柱变形量。

碰撞试验

五、实验方法和步骤2. 正面 40% 重叠可变形壁障碰撞试验

试验车辆 40% 重叠正面冲击固定可变形壁障。碰撞速度为 560

1 （试验速度不得低于 56km/h ），偏置碰撞车辆与可变形壁障碰撞重叠宽度应在40% 车宽 ±20mm 的范围内。假人安装同 100%正面碰撞试验。。在试验中需测量 A 柱、转向管柱和踏板变形量。

碰撞试验

五、实验方法和步骤3. 可变形移动壁障侧面碰撞试验

在移动台车前端加装可变形蜂窝铝，移动壁障行驶方向与试验车辆垂直，移动壁障中心线对准试验车辆 R 点，碰撞速度为 50~51 km/h（试验速度不得低于 50km/h ）。移动壁障的纵向中垂面与试验车辆上通过碰撞侧前排座椅 R 点的横断垂面之间的距离应在±25mm 内。在驾驶员位置放置一个 EuroSID II 型假人 , 用以测量驾驶员位置受伤害情况。

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