正面碰撞安全性设计基础

汽车正面碰撞时人体受力分析与运动的数学模型1.汽车在正面碰撞过程中加速度—时间关系简化模型。

在汽车发生正面碰撞时，在发生碰撞的很短的时间内，汽车会产生一很大的加速度，这个加速度方向与汽车运动方向相反；于此同时，车内乘员由于惯性力的存在，相应的产生一加速度，方向与汽车运动方向相同。

在此说明，下面图中的加速度值均为正值，即加速度的大小。

汽车在碰撞过程中，碰撞能量的吸收主要依赖于车身的结构变形。

目前结构设计中主要采取薄壁梁的变形来对动能进行吸收。

由于薄壁梁结构的固有变形形式，所产生的载荷也有其一定的规律。

图1为典型薄壁梁轴向压缩过程载荷—位移曲线。

薄壁梁变形过程的载荷规律，会以加速度的形式在汽车整车碰撞过程中得到体现。

图2是《轿车白车身撞压变形特性对乘员伤害指标影响的仿真分析[M]》一文中提供的某车型白车身在碰撞过程中的加速度曲线；图3是《基于微型车吸能结构改进的约束系统最优化分析[J]》一文中提供的某微车碰撞过程的车身加速度曲线。

图1 典型薄壁梁轴向压缩过程载荷一位移曲线图2某车型白车身在碰撞过程中加速度一时间曲线图3某微车碰撞过程车身加速度曲线由图2、图3可以看出：1.车身在碰撞过程中产生的加速度，主要分为两个主要阶段：在碰撞初期，车身加速度有一很大的峰值出现，随后车身及吸能部件发生顺序压溃变形，进入相对稳定的吸能阶段。

2.加速度峰值通常高出稳态阶段2~4倍左右。

下面我们根据这种现象，建立汽车在正面碰撞过程中加速度—时间关系的简化模型。

理论上我们可以分析出，由于碰撞是汽车的动能被变形能所吸收，所以：）（末车202-21)(υυ⎰=∆M xdt t F (1)式中:x ……………碰撞过程中车身的变形距离。

车M ……………整车质量。

)(t F ……………碰撞过程中车身受到障碍壁的作用力末υ、0υ…………车身的末速度与初速度。

同时，车身在碰撞过程中产生的加速度为： 车M t F t A )()(= (2)此处A 和F 都是随碰撞发生时间的变化而不断变化的。

中国安全碰撞法规在正碰侧碰后碰与欧盟的的区别彭超杰车辆工程152班南昌大学近几十年来，为了改善交通安全，减少交通事故损失和降低乘员伤害，我国正在逐步开展并完善对汽车碰撞安全问题的研究，在大学=以及一些相关机构研究的基础上，依托国外有关法律法规，国内的相关法规陆续建立起来，我国目前颁布的汽车安全国家强制标准是参照欧洲ECE法规体系进行设计的，部分参照联邦机动车安全标准，在实验内容和评价标准方式基本都相同。

而《乘用车正面碰撞的乘员保护》、《汽车侧面碰撞的乘员保护》和《乘用车后碰撞燃油系统安全要求》的颁布，从此国内拥有了包含正面碰撞、侧面碰撞及后部碰撞的相对全面碰撞法规体系。

虽然我国是基于欧洲安全碰撞法规而设计，但是由于国内实际道路和车辆使用的特点还是略有不同。

以下我将通过三个碰撞方面来说明各自的不同。

正面安全碰撞中，我国与欧盟是存在最多的差异的。

分别如下：1.我国对于正面碰撞的法规要求是速度50km/h 2的100%正面碰撞，而欧洲标准为速度为56km/h下的40%偏置正面碰撞。

撞击的速度和撞击面都不同。

且两个安全法规碰撞的方式不同，我国碰撞实验是完全的刚性壁面碰撞，欧盟是各种材料堆层碰撞，由下而上各部分的碰撞壁面的硬度不同，更好的模拟实际过程中汽车与汽车的碰撞，而我国实验中碰撞模拟反而更像汽车与壁面的碰撞。

此外正面碰撞还包括环柱碰撞和斜面碰撞，这些在我国的正面安全法规都是没有提及的。

2.适用范围有所不同，欧盟法规里规定的只是M1（四轮以上的载客汽车）类汽车，而我国规定的还包括N1的载货汽车，以及多用途货车，适用范围要比欧盟法规的广。

不过相比而言，欧盟的正面安全碰撞法规可能更严谨一点；3.对于碰撞过程中，我国法规要求是大腿压缩力指数不能超过图四要求，然而在欧盟法规里面是规定小腿压力指标不超过8KN，且欧盟法规里还规定膝关节滑移不超过15mm，应该来说，更加科学和严谨；4.我国法规对于儿童乘坐安全，并没有什么说明，而在欧盟法规中，非常详细的描述对于儿童安全座椅的安置方式以及相关注意图标不可缺失；5.欧盟安全法规在正面碰撞中对于车辆合格认证的要求更高，我国车辆在对于车辆正面安全碰撞仅仅要求由国家出示的安全保障书即可，欧盟法规中不仅要对车辆进行定期的抽检，一旦发现相关的安全隐患，必须出示相关的证明，以及每部车的合格标准，严格程度更高；我国根据GB20071-2006《汽车侧面碰撞的乘员保护》，侧面安全碰撞的区别：基本相同，除了侧面安全认证，欧盟安全法规要比我国更全面一点，有考虑到非对称的车型应该额外做侧面安全碰撞，这有可能是两国的购车消费心理不同。

正面碰撞试验中假人肩带力、胸部加速度与胸部位移间关系的研究背景汽车事故经常发生，很多人在汽车碰撞事故中丧生或受伤。

为了降低事故造成的人员伤害，汽车安全技术正在不断发展，其中之一就是模拟真实碰撞来测试车辆及其乘员的安全性。

目前，正面碰撞试验是评估汽车安全性最常用和最重要的试验之一。

在进行正面碰撞试验的过程中，如何评估假人的受伤情况是非常重要的一步。

假人的受伤情况，可以通过肩带力、胸部加速度与胸部位移等因素来评估。

肩带力给我们提供了评估假人肩部受伤的信息；胸部加速度可以反映假人胸部受到的压力；而胸部位移则是评估假人内脏损伤的重要指标。

因此，本文旨在研究正面碰撞试验中假人肩带力、胸部加速度与胸部位移的关系，为汽车安全设计和事故防范提供参考。

方法本研究使用了一个具有肩带和非肩带座椅的假人，控制其与汽车高速发生的任意类型车辆碰撞。

使用高速摄像机记录假人的运动，并记录肩带力、胸部加速度和胸部位移等指标。

对数据进行分析，评估这些指标之间的关系。

结果研究结果表明，假人肩带力、胸部加速度与胸部位移之间存在一定的相关性。

胸部位移与肩带力和胸部加速度之间存在负相关性。

一旦车辆撞击后，假人前移，胸部加速度和肩带力也得到缓解，这可能会导致胸部位移减少。

然而，这种现象并不总是发生，因为车辆和安全带的参数不同，因此具体情况需要进行详细研究。

讨论本研究的结果与一些前期研究一致，即假人的肩带力、胸部加速度与胸部位移之间存在关联。

这些结果可以帮助汽车制造商改进汽车安全设计，从而为驾驶员和乘员提供更好的保护。

例如，可能需要加强汽车的安全带，以抵御更高的肩带力和胸部加速度，或采用更有效的乘员保护技术，以减少碰撞时的胸部位移。

然而，该研究也存在一些局限性。

首先，只涉及到了一个具体的假人和汽车型号，因此需要进一步扩大研究范围，包括不同类型的汽车和不同规格的假人。

其次，该研究仅考虑了胸部受伤的因素，还需要进一步研究假人其他部位的受伤情况，以全面评估汽车的安全性。

正面碰撞法规介绍正面碰撞是交通事故中常见的一种事故类型，即两辆或多辆车辆在道路上面临对向碰撞而发生的事故。

正面碰撞是交通事故中最为严重的一种，不仅易造成人员伤亡，还可能引发大规模的财产损失。

为了减少正面碰撞事故的发生率和减轻其影响，各国都制定了一系列的法规和规定。

正面碰撞的法规主要包括以下几个方面：一、驾驶员安全法规。

驾驶员在驾驶过程中必须遵守相关的交通法规，如不超速、遵守交通信号、遵守车道规定等。

此外，驾驶员还应该保持良好的驾驶习惯，如专心驾驶、不疲劳驾驶、不酒驾等。

这些法规的制定和执行，旨在提高驾驶员的安全意识和驾驶技能，减少因违规驾驶引发的事故，包括正面碰撞事故。

二、车辆安全法规。

车辆安全法规主要包括车辆技术规范和车辆制造标准等。

对于新车来说，车辆制造商必须遵守相关的法规和标准，确保车辆的质量和安全性能符合规定。

对于二手车来说，车辆必须经过严格的安全检测并取得合格证明，才能上路行驶。

车辆安全法规的制定和执行，旨在减少因车辆故障或不合格车辆引发的交通事故，包括正面碰撞事故。

三、道路安全法规。

道路安全法规是保障道路交通安全的基础，其中包括道路建设、道路维护、交通标志、交通信号等方面的规定。

在正面碰撞方面，道路的设计和建设要考虑到车流量和车速，并采取适当的措施，如设置隔离带、减速带等，来减少正面碰撞事故的发生。

此外，道路的维护也很重要，对于损坏的路面、路基、交通信号等都需要及时进行修复和维护。

道路安全法规的制定和执行，旨在提高道路的安全性和通行能力，减少因道路问题引发的事故。

四、交通管理法规。

交通管理法规主要包括交通管理部门的职责和权力、交通违法行为的处罚和处理等方面的规定。

对于正面碰撞事故的管理，交通管理部门需要采取措施提高执法效能，如增加巡逻和摄像头监控等，以便及时发现和处理违法行为。

此外，在事故发生后，交通管理部门还需要及时组织清理现场、保障交通畅通。

交通管理法规的制定和执行，旨在提高交通管理部门的工作效率和公正性，减少因交通违法行为引发的事故，包括正面碰撞事故。

根据我的了解，C-NCAP是中国新车评价标准（China New Car Assessment Program）的简称，是中国政府推出的一项汽车碰撞安全评价制度。

C-NCAP的碰撞标准主要包括正面碰撞、侧面碰撞和侧翻等多种测试项目，用于评估汽车在不同碰撞情况下的安全性能。

具体来说，C-NCAP的碰撞标准通常包括以下内容：
1. 正面碰撞测试：评估汽车在正面碰撞时的安全性能，通常包括以不同速度撞击固定障碍物或车辆的测试。

2. 侧面碰撞测试：评估汽车在侧面碰撞时的安全性能，通常包括以不同速度撞击侧面固定障碍物或车辆的测试。

3. 侧翻测试：评估汽车在侧翻情况下的稳定性和安全性能。

4. 其他测试项目：还可能包括对座椅、头枕、安全气囊等安全装置的测试。

C-NCAP的碰撞标准会根据不同的车型和车辆类型进行评估，并根据测试结果对汽车进行安全等级评定。

这些测试项目的设计旨在帮助消费者了解汽车在碰撞情况下的安全性能，促进汽车制造商提高车辆的安全性能，从而提升整个汽车行业的安全水平。

汽车碰撞安全性能测试研究第一章介绍汽车碰撞安全性能测试研究是现代汽车工程领域中非常重要的一个方向。

由于车辆在日常行驶中可能会发生碰撞事故，保障车辆中乘员的生命安全就显得至关重要。

因此，对汽车碰撞安全性能进行全面的测试研究，可以为汽车制造商和相关机构提供重要的科学指导，从而提升汽车的安全性能。

第二章碰撞安全性能测试方法2.1 正面碰撞测试在正面碰撞测试中，车辆以一定的速度撞向障碍物，以模拟真实事故中的正面碰撞情况。

测试时会测量车辆的变形程度、乘员的保护性能等指标。

2.2 侧面碰撞测试侧面碰撞是一种常见的碰撞事故类型，侧面撞击对乘员的伤害风险较大。

侧面碰撞测试通常通过用推车模拟另一辆车的一侧撞击来进行。

测量指标包括车辆的刚度、乘员受力情况等。

2.3 倾斜碰撞测试倾斜碰撞测试主要是为了模拟车辆在山地等较复杂路况下的碰撞情况。

测试时会以一定的角度将车辆倾斜并撞击障碍物，测量车辆的滚动能力、倾斜角度等指标。

第三章碰撞安全性能测试技术3.1 同型碰撞测试同型碰撞测试指的是将相同型号的车辆进行碰撞测试。

通过同型碰撞测试可以研究不同生产批次或车型之间的碰撞安全性能差异。

3.2 异型碰撞测试异型碰撞测试是将不同类型的车辆进行碰撞测试，例如轿车与SUV之间的碰撞。

通过异型碰撞测试可以研究不同车型之间的碰撞安全性能差异。

3.3 数值模拟技术数值模拟技术可以通过计算机模拟汽车碰撞过程，预测碰撞事故中车辆和乘员的受力情况。

数值模拟技术减少了实验成本和时间，对于汽车碰撞安全性能的研究具有重要意义。

第四章碰撞安全性能测试标准4.1 ECE R94欧洲经济委员会发布的ECE R94标准是欧洲地区汽车碰撞测试的基础标准。

该标准规定了测试方法和指标，并对车辆的结构和乘员保护进行要求。

4.2 FMVSS 201美国联邦机动车安全标准FMVSS 201是美国地区汽车碰撞测试的基准标准。

该标准规定了强制性的正面碰撞测试和侧面碰撞测试，并制定了详细的测试程序和指标。

汽车正面碰撞纵梁结构优化设计随着汽车行业的发展，汽车安全性已经成为消费者购车的重要考虑因素之一。

在汽车发生事故时，前面碰撞处的结构是最先承受冲击的部分，因此，纵梁是汽车前面结构中至关重要的部分。

本文将介绍一种汽车正面碰撞纵梁结构的优化设计方法。

首先，需要确定所要优化的纵梁的材料和尺寸。

纵梁的材料通常是高强度钢或铝合金，其尺寸也需要根据车型和车身结构进行优化设计。

接下来，对纵梁进行有限元分析，确定纵梁在正面碰撞时的受力分布情况。

分析应涵盖全车速度范围内的不同碰撞情况，以确保纵梁具有良好的抗碰撞能力。

然后，在分析的基础上，进行纵梁结构优化。

这里可以考虑采用形状优化和拓扑优化等方法。

形状优化可以通过改变纵梁的截面形状、弯曲角度等来实现。

拓扑优化则可以通过添加局部加强筋等方式来提升纵梁的强度。

最后，对优化后的纵梁进行有限元分析和实际试验。

通过多种载荷条件下的有限元分析，验证纵梁在不同情况下的强度和稳定性是否得到了有效提升。

同时，进行实际试验以验证有限元分析的真实性，以确保优化后的纵梁具有较高的安全性。

总之，汽车正面碰撞纵梁结构的优化设计是一个充满挑战的过程，需要对材料、尺寸、受力分布等多个方面进行充分考虑。

只有在充分优化的情况下，纵梁才能够发挥最大的保护作用，确保驾驶者和车内人员的安全。

除了上述提到的纵梁结构优化，还有其他一些方法可以提高汽车的碰撞安全性。

例如：1. 前方变形区设计：在纵梁前设置一定的变形区，使汽车在发生碰撞时能够将冲击力分散到更广的范围内，减轻车厢内的受力。

2. 缓冲材料加固：在汽车机头和前保险杠内加入缓冲材料，能够在碰撞时吸收冲击能量，并减少车内受力。

3. 安全气囊设计：在汽车碰撞时，安全气囊能够迅速展开并形成一定的缓冲作用，减轻乘客受到的伤害。

4. 抗拉杆设计：在汽车碰撞时，抗拉杆能够将车体内的受力分散到更广的范围内，保护乘客的安全。

除此之外，还可以针对不同类型的汽车，采用不同的安全设计方法。

有效加速度在车辆刚性正面碰撞性能开发中的应用研究黄迎秋，刘伟，黄荣军北京汽车股份有限公司汽车工程研究院，北京，100021，huangyingqiu@摘要：本文引入“有效加速度”作为车辆正面碰撞结构耐撞性能的一个评价指标。

并对多款不同星级车型应用有效加速度作为指标进行评价，以验证“有效加速度”作为车辆正面结构耐撞性能评价指标的可靠性。

关键词：正面碰撞；有效加速度；碰撞波型评价指标Application of Effective Acceleration in Frontal Impact Performance EvaluationHuang Yingqiu , LiuWei , HuangrongjunAutomotive Engineering Research Institute, Beijing Automotive Group Co., Ltd., Beijing, 100021,Huangyingqiu@Abstract: This paper introduces an "Effective Acceleration" concept to evaluate the frontal impact performance. A variety of vehicles from US-NCAP test database with different star ratings are studied, and the validity and the usefulness of the Effective Acceleration as a severity index of the impact pulse are verified.Keywords: Frontal Impact; Effective Acceleration; Pulse Evaluation Criteria1 引言在US-NCAP车辆刚性壁障正面碰撞试验中，一般考察人的头部伤害指数、胸部加速度。

车辆正面碰撞中的耐撞性能仿真分析刘翔;刘俊杰;罗方赞【摘要】为了评价汽车在正面碰撞事故中耐撞性能,应用HyperWorks仿真软件建立了车辆正面100％碰撞有限元模型.后处理利用HyperView对B柱下端加速度、A柱上部最大折弯角、前围板侵入量以及前门铰链变形量4项重要评价指标进行仿真分析,以此评估正面碰撞中车体的耐撞性能.结果表明:B柱下端最大加速度小于3ms合成加速度72g的要求,A柱上部最大折弯角对乘员伤害程度在允许范围内,前围板变形云图小范围超出目标值,前门铰链变形量不影响碰撞后车门的正常开启,车体耐撞性能良好.类比2017年C-NCAP实车正面碰撞结果,表明仿真试验具有较高的可信性,为车体耐撞性优化设计提供依据.【期刊名称】《汽车实用技术》【年(卷),期】2019(000)009【总页数】4页(P149-152)【关键词】正面100％碰撞;有限元;耐撞性能;仿真分析【作者】刘翔;刘俊杰;罗方赞【作者单位】衢州职业技术学院,浙江衢州 324000;衢州职业技术学院,浙江衢州324000;衢州职业技术学院,浙江衢州 324000【正文语种】中文【中图分类】TP399;U661.93汽车已成当今社会人们出行的主流交通工具，但随着汽车保有量的日益增加，道路通行效率呈现下滑趋势，导致道路交通碰撞事故的频发。

因此提高汽车耐撞性能，最大限度地降低乘员在碰撞事故中的伤害程度，已成为汽车制造企业主要的研方向。

正面碰撞试验是检验一辆汽车耐撞性能非常正要的指标。

在中国新车安全评价体系C-NCAP中正面100%刚性壁碰撞试验占18分，占比约30%，凸显了正面100%碰撞的重要性。

传统实车碰撞试验破坏性大、成本高、重复性差，对于前期汽车耐撞性设计阶段的反馈效率低且周期长[1]。

但计算机仿真技术的应用很好地克服了这些缺陷，其采用显示非线性有限元法能够准确地分析在碰撞中汽车结构和材料的非线性问题，且随着建模精度的不断提高，碰撞仿真结果的准确度也在提供。

整车碰撞安全技术手册1. 引言整车碰撞安全技术是在汽车工程领域中至关重要的一部分。

随着车辆数量的增加和道路交通事故的发生，保障驾驶员、乘客和行人的生命安全变得尤为重要。

本手册旨在提供关于整车碰撞安全技术的详细信息，包括车辆设计和制造、碰撞测试和评估、安全气囊系统、保险杠设计等方面的知识。

2. 车辆设计和制造车辆设计和制造是确保整车碰撞安全的基础。

为了提高车辆的安全性能，制造商应该采用先进的材料和工艺，确保车身结构具备足够的刚性和强度。

此外，安全带、安全座椅和车身防撞梁等装置也应得到充分考虑和优化设计，以提供更好的保护措施。

3. 碰撞测试和评估碰撞测试和评估是评估车辆碰撞安全性能的关键步骤。

国际上通用的测试方法包括正面碰撞测试、侧面碰撞测试和侧翻测试等。

通过在实验室环境中模拟真实道路事故情况，可以评估车辆在碰撞中的表现，并提供改进和优化车辆安全性能的指导。

4. 安全气囊系统安全气囊系统是车辆碰撞安全的重要部分，可以为驾驶员和乘客提供额外的保护。

安全气囊是一种能够在碰撞发生时迅速充气、缓冲冲击力的装置。

它通常与安全带和碰撞传感器配合使用，能够在碰撞发生时迅速展开，避免驾驶员和乘客对车辆内部结构的直接撞击。

5. 保险杠设计保险杠作为车辆前后部的重要装置，具有缓冲碰撞能量和保护车辆结构的功能。

在保险杠设计中，需要考虑到不同碰撞速度和角度下的能量吸收和分散，以避免碰撞能量对车身的过大影响。

同时，保险杠的设计也应考虑行人保护和减少碰撞对行人造成的伤害。

6. 碰撞事故后的处理措施在发生碰撞事故后，正确的处理措施可以有效减少人员伤害和财产损失。

驾驶员应及时报警并采取适当的安全措施，如危险警示标识、急救措施等。

此外，对车辆进行检查和修复是防止潜在安全隐患的重要步骤，确保车辆重新上路时具备良好的安全性能。

7. 结论整车碰撞安全技术是确保汽车行驶过程中驾驶员和乘客生命安全的重要措施。

通过优化车辆设计和制造、进行碰撞测试和评估、完善安全气囊系统和保险杠设计，可以提高车辆的碰撞安全性能。

浅谈汽车碰撞过程分析及安全设计要点近年来我国市场经济体制不断完善，经济一直呈高速发展状态，汽车已经逐渐成为城市乡村道路上的主要交通工具之一，但是在对于环境保护问题重视程度日益提高的当下，汽车尾气的排放量和燃油的消耗量问题不仅受到汽车生产厂商的重视，也引起了社会各界的广泛关注。

想要降低汽车的燃油消耗和尾气排放，减小汽车自重是一项关键因素。

在国际汽车市场上减小汽车自重的主要方法是使用轻量化的材料，并且同时兼顾汽车的安全性和性能要求。

本文主要以汽车车身结构安全部件材料匹配优化设计展开研究和讨论，以期我国汽车制造业提供一定参考。

一、引言随着汽车在我国居民中的普及程度逐年上升，如何降低汽车的燃油消耗和尾气排放量已经成为社会各界和汽车厂商非常重视的问题。

其中减小汽车自重是实现汽车轻量化最直接有效的方式，具体手段最直接的就是采用轻量化材料。

所以，大多数汽车生产厂家都会选择高强度钢材这种在汽车轻量化和耐碰撞的安全性方面表现突出的材料，一方面满足了对于汽车环保性能的要求，另一方面也对车身结构的安全性提供了一定保障。

二、汽车碰撞过程分析(一) 建立汽车正面碰撞的仿真模型我们以福特金牛座这一美系经典家用轿车的整车模型作为整车碰撞的有限元模型，将另一重量和体积相似的中型家用轿车作为对象进行正面碰撞试验，经过碰撞试验后，将实验的结果及仿真结果中左右后座椅的平均加速度曲线进行比较，再结合碰撞之后汽车的变形情况综合考虑，本次的实验结果和仿真结果具有较高的一致性。

以此证明利用仿真模型进行计算也可以保证计算的精确性，以仿真方式代替真实实验，一方面可以节省实验成本，另一方面也可以保证实验计算的真实性，为实验研究提供方便。

(二) 汽车碰撞传力路径分析汽车传力路径主要针对正面碰撞中的流动应力进行分析，主要通过明确汽车碰撞时的应力变化和部件截面展开进行分析。

汽车传力路径具体表现在以下几点： (1) 车辆和刚性避障产生正面碰撞时，一旦车辆前保险杠发生弯曲，冲撞力会直接转移至前纵梁，然后将力量直接传输至A柱下端、门槛梁以及底盘纵梁等位置，最后整体向车辆后方传递。