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1、汽车安全及人机系统概论,1. 汽车安全技术概论 2. 汽车安全技术法规与标准 3. 汽车主动安全性及汽车主动安全系统 4. 汽车被动安全性 5. 汽车被动安全试验方法与设备 6. 先进的汽车安全技术,道路交通事故与汽车安全的关系,在由人、车辆、道路环境三者构成的道路交通中，车辆是交通事故中的主要元素，各类交通事故大多与车辆有关，确保汽车安全是减少事故的主要内容。当今汽车已成为社会发展不可缺少的交通工具，车辆保有量不断增加，交通事故随之增加，汽车的安全性也尤为重要。,2001-2011全国交通事故统计情况,万车死亡率是交通事故死亡人数与机动车拥有量(以车辆计)的比值。 以1995年为例，发达国家
2、万车死亡率一般在5人/万辆以下，其中法国为3.5人/万辆，美国为2.1人/万辆，日本为1.6人/万辆，而发展中国家的万车死亡率普遍比发达国家高出数倍，如韩国为12.2人/万辆，土耳其11.3人/万辆，阿尔及利亚最高达18.68人/万辆。 虽然我国机动车保有量较低，但是1995年我国机动车万车死亡率仍然高达22.48人/万辆，2003年则降到了10.8人/万辆。,汽车安全保障体系,美国联邦机动车安全法规(FMVSS)特点 法规内容齐全，指标较先进；法规修订较快，也比较灵活；法规与SAE、ASTM、ANSI标准联系密切，多半采用或引用这些标准。美国的机动车安全法规可以说是世界上最完善的法规体系之一
3、，从各个方面规定了对乘员和行人的保护及车辆应该具有的避免事故的性能。 FMVSS：Federal of Moter Vehicle Safety Standard,各国汽车安全法规(标准)对比与分析,欧洲汽车法规特点二战后制定的EEC指令和ECE法规。ECE法规非常重视灯光和信号装置的安全性。 ECE法规在保证汽车安全性、环保及节能的基础上，更加重视法规的协调性、适应性和可操作性。EEC：European Economic Community ECE：Economic Commssion for Europe,各国汽车安全法规(标准)对比与分析,日本汽车法规特点法规最早，充分吸收了FMVSS和
4、ECE等标准法规的长处，结合国情，形成了自己的比较健全的道路车辆安全标准体系。由于国土狭窄，特别重视车辆、行人、摩托车之间的安全，因此对汽车外部突出物等的规定特别详细。,各国汽车安全法规(标准)对比与分析,我国汽车强制性标准体系的特点1995年，我国将涉及汽车安全、环境保护和节能方面的66项标准纳入汽车强制性标准体系，其中主动安全37项，被动安全13项，预防火灾4项，环保及节能标准13项。参照欧美法规，强调安全、环保和节能控制。,各国汽车安全法规(标准)对比与分析,汽车主动安全性,汽车的主动安全性系指汽车防止事故发生的能力，包括汽车行驶安全性，环境安全性，感觉安全性，操作安全性。,汽车制动原理
5、,1制动盘 2制动卡钳 3 制动液 4制动踏板 5 主动主缸 6 制动轮缸 7 制动盘,制动性的评价指标,制动性的 评价指标,制动时汽车的方向 稳定性,制动效能的恒定性,制动效能,制动减速度,制动距离,抗热衰退性能,失去转向能力,侧滑,跑偏,水衰退性能,制动时车轮的受力 地面制动力、制动器制动力与附着力的关系,C,现象分析,滑动率s：车轮运动中从滚动至滑动过程滑动成分所占的比例,1520,100,第四节 汽车的制动性效能及其恒定性,机构滞后时间,制动力增长时间,最大制动减速度,初始车速,制动器的起作用时间,第四节 汽车的制动性效能及其恒定性,汽车的制动距离,起始的制动速度,制动器的起作用时间,
6、最大制动减速度,附着力,制动器的结构,踩踏板的速度,第四节 汽车的制动性效能及其恒定性,平均减速度,我国行业标准,ECE R13,整个制动时间的2/3,制动压力达到最大压力的75时刻,0.8u0,0.1u0,u0 ue的距离,u0 ub的距离,第五节 制动时汽车的方向稳定性,制动过程,制动跑偏,后轮侧滑,前轮失去转向能力,制动时的 方向稳定性,向左、向右 偏驶,一轴或两轴 横向移动,不能按照 给定方向行驶,第五节 制动时汽车的方向稳定性,汽车的制动跑偏,制动跑偏受力图,制动跑偏,左、右轮的 制动器制动力 不相等,悬架导向杆 系与转向系 拉杆干涉,制造原因,设计原因,质心位置的 左右不对称,总体
7、设计,侧滑：制动时某一轴或双轴发生横向移动的现象 最危险的情况是在高速制动时，后轴发生侧滑，此时，汽车易发生不规则的急剧回转运动而失去控制。,第五节 制动时汽车的方向稳定性,影响侧滑的因素：路面附着系数、车轮抱死及抱死顺序、制动初速度、载荷及载荷转移、侧向力源。,第五节 制动时汽车的方向稳定性,制动时后轴侧滑与前轴转向能力的丧失,后轴侧滑,汽车剧烈的 回转运动,汽车调头,后轴车轮抱死,前轴车轮不抱死,前轴车轮抱死,前后轴车轮同时抱死,防止后轴侧滑,汽车失去转向能力,紧急制动汽车会失去转向能力或产生滑移。严重时会旋转甚至掉头，失去汽车的运动控制，这些都极易造成严重的交通事故。为此，在传统的制动系
8、统中附加ABS系统。 ABS：Anti-Lock Braking System，通过控制装置，对汽车制动过程中车轮的状态进行检测和有效控制，不断调节系统制动力，使车轮尽可能处于最佳运动状态，从而使汽车具有良好的抗侧滑能力和最短的制动距离，以提高汽车制动时的稳定性和安全性。,第六节 车轮防抱死制动系统 (ABS),ABS的作用,缩短制动距离,改善制动过程的方向稳定性,保持制动过程的操纵稳定性,减轻驾驶员的紧张程度,延长轮胎的使用寿命,第六节 车轮防抱死制动系统 (ABS),操纵稳定性包含“操纵性”、“稳定性”两方面含义。 操纵性是指汽车能够确切地响应驾驶员转向指令的能力； 稳定性是指汽车受到外界
9、扰动（路面或突然振动扰动）后恢复原来运动状态的能力。,3.2.4 汽车操纵稳定性,汽车总质量大小、转动惯量及轴荷分配 轴距与轮距 悬挂系统的导向机构 前轮定位参数 轮胎的侧偏特性 转向盘的力特性及转向系的刚度； 车辆空气动力学特性,影响汽车操纵稳定性的主要因素,其他，如车轮动平衡、路面摩擦系数等。 另外，还受到路面特性，如道路不平度、纵向和横向的坡度、左右车轮附着差异、环境因素（横向风）以及驾驶员操作技能等使用因素的影响。,1.轮胎侧偏现象,轮胎的侧偏现象，是指当车轮有侧向弹性时，即使没有达到附着极限，车轮行驶方向也将偏离车轮平面的方向。 若要使汽车在受横向风和道路横向坡度引起的侧向力作用而仍
10、能保持其直线行驶的方向不变，那么就要求轮胎在一定侧偏角下的侧偏力和回正力矩较大，也即轮胎具有较大的侧偏刚度和回正刚度。,（1）轮胎结构参数、结构形式 （2）扁平率 （3）轮胎的滚动速度 （4）路面情况 （5）轮胎的充气压力,影响轮胎侧偏特性的因素,汽车的前轮定位是指前轴、主销、前轮三者组装的相对位置关系，前轮定位包括： 主销内倾 主销后倾 前轮外倾 前轮外束 这些参数是影响转向运动的主要参数，他们共同作用可以保持汽车直线行驶的稳定性、转向操纵轻便、转向轮每一瞬间接近正前方滚动而无滑动，以减轻轮胎磨损。,2.前轮定位参数对汽车操纵稳定性的影响,汽车的感觉安全性是指在汽车上设置特有设备或者考虑一定
11、的特殊要求，如照明设备、声响报警设备、驾驶员的直接和间接视线，便于驾驶员能掌握汽车的运行状况和道路情况，做出正确判断以减少交通事故的能力。,感觉安全性,3倍：夜间、白天 30：良好照明、没有照明或不良照明 因而，改善汽车灯光产品的品质，对汽车的行驶安全具有重大意义。,一 汽车灯光,前端照明 后端照明 车辆内部照明信号设备,照明设备的功能,近光灯用于会车时的道路照明，对近光光束的要求是相互矛盾的两个方面：一个是防止迎面来车驾驶员的眩目要求光束要低、要暗；另一个是保证良好的道路照明要求光束要高、要亮,前照灯,人眼视野特性0 km/h 18040 km/h 10075 km/h 65100 km/h
12、 40 视野技术发展趋势电子技术 摄像机 GPS 视野辅助设施,二. 汽车视野,如何提高和改善汽车视野的性能(1)车身设计 扩大风窗玻璃的有效透明区的面积 减小立柱的投影长度 A柱 减低发动机盖的高度，减少发动机盖的伸出长度,(2)座椅布置 调节位置 (3)气候适应性设计 刮水器、洗涤器、除霜装置、除雾装置、遮阳板、侧窗除霜器、安装电热式后视镜、自动动作的刮水器 15-45次/分 (4)后视镜设计 进行变曲率设计 (5)显示的识别性,(6)与灯光的匹配设计(7)驾驶员的视力 辩色力,第4章 被动（碰撞）安全性,被动安全性系指发生事故时，汽车保护乘员的能力。为确保乘员的安全，车身结构及乘员约束系
13、统的性能都非常重要。汽车被动安全部件有：车身结构、安全带、气囊、能量吸收式转向柱、座椅、头枕及内饰件等。,车身应有如下功能: 1 为了尽量缓解乘员受到的冲击，必须尽可能地缓和和吸收车辆及乘员的运动能量； 2 在确保乘员的有效生存空间的同时，还必须保证碰撞后乘员易于逃脱和容易进行车外救护。,1 车身设计与安全性,考虑撞车安全性的车身结构设计的基本思想是利用车身的前、后部有效地吸收撞击能量,车室要坚固可靠，确保乘员的有效生存空间。奔驰公司将这种思想称为安全室构造准则。,典型碰撞安全对策,SRS（ Supplemental Restraint System):汽车辅助约束系统： 当汽车发生碰撞等事故
14、时可降低乘员严重伤害的保护系统，它包含安全带和安全气囊。,汽车辅助约束系统,安全气囊可使事故死亡率下降18左右，它与安全带配合使用可使事故死亡率下降47左右。单独使用安全带可使驾驶员事故死亡率下降42%左右。,安全气囊,随着科技的进步，人们又研制出安全带的辅助设施安全气囊。其工作的原理是当车辆发生碰撞时，控制模块快速对信号做出处理，确认发生碰撞的严重程度已超出安全带的保护能力，控制气体发生器，产生气体，使气囊迅速膨胀，使乘员的头、胸部直接与较为柔软有弹性的气囊接触，从而通过气囊的缓冲作用减轻乘员的伤害。,安全气囊的动作过程,安全气囊系统的组成,控制装置 气体发生器 气袋传感器 电子控制系统 触
15、发装置,安全气囊系统的设计准则正碰撞气囊来的设计准则，“127mm-30ms”，让气囊在最佳点火时刻点火，以使乘员得到最理想的保护。其中，127mm(297-152)乘员头部向前移动距离，30ms是气囊点火到完全展开的时间。所谓最佳的点火时刻，是指气囊在充满气体（完全展开）时，乘员头部刚好与之接触。当乘员头部向前移动127mm这一时刻的前30ms（毫秒）为气囊的最佳点火时间。如果点火时间过晚，也就意味着在气囊打开的途中，乘员与之接触，高速充气膨胀的气囊必然会对乘员造成伤害，而且气囊过高的表面温度也会灼伤乘员的脸。,安全气囊的设计,防撞伤措施：在汽车发生碰撞时，使转向系的有关零部件产生塑性变形、
16、弹性变形、某些零件相互分开并不能传递运动和动力或者利用零部件之间的摩擦等来实现吸收冲击能量。 能量吸收式转向柱：除了能满足转向柱常规的功能外，在汽车发生正面碰撞时，能够有效地吸收碰撞能量，防止或减少碰撞能量伤害驾驶员。,能量吸收式转向柱,概述 零部件台架试验方法及实验设备 零部件模拟碰撞试验方法与设备 实车碰撞试验方法与实验设备,汽车安全设计,车顶 翻滚 车顶强度,前撞 FMVSS208 新车评估 保险公司 车与车协调 传感器,行人安全,侧撞 美国侧撞试验 欧洲新车侧撞试验 侧撞柱试验 车车协调侧撞试验,后撞,乘客安全,汽车安全设计要求: 政府法规 公共试验 厂家规范,最低: 车重 约束条件: 振动与噪音控制频率弯曲模态扭转模态 前撞假人头部受伤判定假人胸部受伤判定假人严重受伤概率 车顶强度最大抵抗力 部分重叠前撞 乘员空间缩小距离 侧撞位移假人胸部粘性受伤判定,
