汽车碰撞安全性设计

目录1 汽车交通事故1

1.1 概述1

1.1.1 汽车交通事故的定义和分类1

1.1.2 汽车交通事故的一般特性2

1.2 世界交通事故概况3

1.2.1 世界交通事故现状3

1.2.2 世界交通事故的特点 5

1.3 我国交通事故概况8

1.3.1 我国交通事故现状8

1.3.2 我国交通事故的特点9

参考文献15

2 汽车碰撞安全法规17

2.1 概述17

2.2 国外主要汽车碰撞安全法规简介19

2.2.1 美国联邦机动车安全法规（FMVSS) 19

2.2.2 欧洲汽车安全法规21

2.2.3 日本道路车辆安全标准22

2.3 国外主要碰撞安全法规比较22

2.3.1 正面碰撞22

2.3.2 侧面碰撞25

2.4 我国汽车碰撞安全法规现状30

2.4.1 我国汽车标准与法规体系30

2.4.2 我国强制性安全标准31

2.4.3 碰撞安全技术法规32

参考文献 36

3 汽车碰撞试验与测试分析技术37

3.1 概述37

3.2 汽车碰撞试验室和碰撞试验37

3.2.1 整车碰撞试验室的构成37

3.2.2 整车碰撞试验41

3.2.3 模拟碰撞试验45

3.2.4 其他实验台47

3.3 电测量技术49

3.3.1 碰撞试验中的数据测量49

3.3.2 碰撞试验用采集器52

3.3.3 碰撞试验用传感器58

3.3.4 数据处理59

3.4 试验用假人62

3.4.1 碰撞试验假人62

3.4.2 碰撞试验对假人的要求63

3.4.3 各种碰撞试验用假人64

3.4.4 假人标定73

3.5 图像运动分析技术81

3.5.1 碰撞试验中的图像采集81

3.5.2 图像分析技术81

3.5.3 序列运动图像分析83

3.5.4 数字化序列图像在计算机中的再现83

3.5.5 目标的标识与跟踪83

3.5.6 目标的运动分析84

3.5.7 序列运动图像分析实例85

参考文献86

4 汽车碰撞仿真基本理论与建模方法87

4.1 概述87

4.2 非线性有限元基本理论88

4.2.1 基本力学模型与方程88

4.2.2 显式有限元软件积分方法90

4.2.3 单元类型和特性说明92

4.2.4 材料类型94

4.2.5 接触类型和接触算法95

4.2.6 常用有限元软件97

4.3 多刚体动力学法99

4.3.1 多刚体系统运动学的理论基础99

4.3.2 多刚体系统动力学基本原理和计算方法101

4.3.3 常用软件110

4.4 高性能并行计算系统110

4.4.1 并行计算体系结构110

4.4.2 并行计算消息传递平台113

4.4.3 并行计算系统应用实例114

4.5 汽车碰撞仿真建模和应用117

4.5.1 基本模型建立117

4.5.2 设置物理属性123

4.5.3 边界条件设置124

4.5.4 模型调整 125

4.5.5 控制选项和输出信息126

4.5.6 计算结果后处理126

4.6 汽车碰撞仿真中的优化方法128

4.6.1 析因试验设计方法128

4.6.2 响应曲面优化方法131

参考文献132

5 乘员安全防护系统133

5.1 概述133

5.1.1 国内外研究现状134

5.1.2 乘员保护系统装置的开发研究135

5.1.3 乘员约束系统的研究方法137

5.1.4 研究乘员保护系统的有关试验及假人伤害评价指标138

5.2 安全带139

5.2.1 安全带的发展状况140

5.2.2 安全带的种类140

5.2.3 预紧式安全带的工作原理141

5.2.4 限力式安全带的工作原理143

5.2.5 有关法规及试验方法143

5.3 安全气囊技术143

5.3.1 国内外气囊的研究发展状况144

5.3.2 气囊工作原理、组成与分类145

5.3.3 气囊控制系统关键技术要求152

5.3.4 气囊点爆控制算法介绍153

5.3.5 气囊的试验方法155

5.3.6 气囊系统试验158

5.4 座椅及头枕160

5.4.1 座椅160

5.4.2 汽车座椅结构161

5.4.3 座椅的性能要求162

5.4.4 座椅头枕164

5.4.5 座椅头枕性能要求165

5.5 吸能式转向系统对乘员的保护作用165

5.5.1 概述165

5.5.2 三种典型吸能式转向系统简介166

5.5.3 吸能式转向系统的试验研究168

5.5.4 有限元模型的建立和验证171

5.5.5 吸能式转向系统的作用效果和影响因素分析177

5.6 其他保护系统185

参考文献187

6 汽车正面碰撞安全性设计188

6.1 概述188

6.2 正面碰撞车辆加速度变化与乘员保护分析189

6.2.1 汽车正面碰撞系统化研究的意义及难点189

6.2.2 汽车正面碰撞过程分析190

6.2.3 车辆-乘员模型建立191

6.3 吸能抗弯方形截面薄壁梁设计199

6.3.1 矩形截面薄壁梁轴向压缩特性综述199

6.3.2 薄壁直梁的弯曲变形分析及抗弯设计方法204

6.3.3 具有较高吸能能力的约束梁结构设计210

6.4 汽车正面碰撞车身变形控制方法及应用213

6.4.1 汽车正面耐撞结构设计213

6.4.2 汽车正面碰撞变形控制214

6.5 正面碰撞中乘员约束系统优化匹配222

6.5.1 评价函数的建立222

6.5.2 敏感性分析223

6.5.3 全因子试验设计225

6.5.4 改进方案模拟和试验的对比228

参考文献230

7 汽车侧面碰撞安全性设计236

7.1 概述236

7.1.1 典型车侧面结构236

7.1.2 车顶结构分析237

7.1.3 B柱结构分析237

7.1.4 门槛结构分析238

7.2 侧面结构的碰撞过程239

7.2.1 侧面结构的传力路径和侧撞中的变形过程239

7.2.2 碰撞过程中侧面结构对假人伤害的影响240

7.2.3 侧面碰撞时序分析241

7.3 整车侧面碰撞模拟计算244

7.3.1 汽车整车侧面碰撞模拟仿真流程244

7.3.2 汽车整车侧面碰撞模拟实例结果分析244

7.4 侧面碰撞台车试验方法和模拟计算247

7.4.1 侧面碰撞台车试验方法247

7.4.2 预变形车门台车试验探讨254

7.4.3 汽车台车侧面碰撞模拟仿真258

7.5 侧撞结构安全性设计方法264

7.5.1 刚度参数与侧面侵入量的关系264

7.5.2 侧面结构设计方法266

7.5.3 侧面结构改进的实例分析268

7.6 车辆约束系统对侧撞的影响分析272

7.6.1 安全气囊系统的应用272

7.6.2 其他约束系统的应用273

7.7 侧面碰撞安全新技术273

7.7.1 超高强度钢的应用273

7.7.2 铝合金材料273

7.7.3 激光焊技术273

7.7.4 空腔注塑274

参考文献274

8 行人碰撞保护276

8.1 概述276

8.1.1 研究背景276

8.1.2 国内外研究现状277

8.2 人车碰撞分析279

8.2.1 人车碰撞过程279

8.2.2 人车碰撞交通事故的特征281

8.3 行人保护性能试验评价方法283

8.3.1 各国行人碰撞保护评价方法简介283

8.3.2 行人保护试验评价方法286

8.4 行人保护系统298

8.4.1 主动式行人保护系统298

8.4.2 被动式行人保护系统301

参考文献304

9 儿童乘员保护306

9.1 概述306

9.1.1 汽车碰撞事故中的儿童伤亡306

9.1.2 儿童约束系统的保护作用307

9.1.3 车用儿童安全座椅307

9.2 儿童约束系统法规的发展308

9.2.1 世界各国法规308

9.2.2 三大法规体系的相似性311

9.2.3 儿童安全法规存在的问题312

9.2.4 我国汽车儿童约束系统近期研究312

9.3 儿童约束系统的试验研究312

9.3.1 试验台系统构成313

9.3.2 试验基础设备313

9.4 儿童乘员约束系统计算机模拟分析317

9.5 儿童约束系统的新技术320

参考文献323

10 汽车其他碰撞形式安全性设计324

10.1 概述324

10.2 滚翻324

10.2.1 滚翻事故概述324

10.2.2 汽车滚翻研究方法328

10.2.3 滚翻中的乘员伤害机理331

10.2.4 滚翻中乘员防护设计332

10.3 追尾碰撞下颈部损伤及防护335

10.3.1 追尾碰撞下颈部损伤机理335

10.3.2 追尾碰撞颈部损伤因素分析338

10.3.3 一种主动头枕机构设计研究354

10.4 碰撞相容性360

10.4.1 概述360

10.4.2 碰撞相容性的概念361

10.4.3 正确理解碰撞相容性363

10.4.4 碰撞相容性试验与受伤几率364

10.4.5 改变车辆质量366

10.4.6 碰撞相容性的初步理论分析367

10.4.7 改善碰撞相容性的一些措施367

参考文献369

本书基于我国最早开展汽车安全研究的清华大学汽车安全与节能国家重点实验室多年的科研积累，综合国内外相关研究，并结合大量的汽车安全设计和改进的重大工程应用实例，形成了学术和应用并重的特色。本书内容主要包括三个方面：一是汽车安全基础知识，包括汽车交通事故、汽车碰撞安全法规和标准等，是基于国内外相关情况的综述、分析和调研；二是汽车安全设计的基础性理论，包括汽车碰撞试验和测试技术、汽车碰撞中的仿真建模方法、汽车碰撞乘员安全防护系统等，具有很强的针对性和理论指导意义；三是汽车安全设计的工程应用，包括汽车碰撞安全结构设计方法、乘员约束系统设计和优化匹配、行人碰撞保护和儿童乘员安全等。本书的内容涵盖了编者多年科研成果的积累，在国内的相关研究中具有领先的学术水平，具有重要的理论和实践参考意义。本书系统性强、专业性强、实用性强，适合作为车辆工程及相关专业大学本专科学生的教材以及相关专业的研究生和工程技术人员的参考工具书。