汽车产品设计中的被动安全系统开发
谢云峰
东风柳州汽车有限公司广西省柳州市545005
摘要:汽车被动安全系统作为汽车安全系统的重要组成部分,在减轻交通事故的人员伤害方面发挥了越来越大的作用。本文就汽车产品设计进行阐述,并着重对其被动安全系统的开发进行分析,以供参考。
关键词:汽车;产品设计;被动系统;开发
中图分类号:F407.471文献标识码:A
引言
据国家安监总局统计,全国2011年道路交通伤亡事故共发生21.1万余起,直接死亡人数为6.2万人。道路交通安全事故不经给相关的人员带来重大的经济损失和精神负担,同时也严重的影响车辆安全技术的发展。如何减少交通事故的伤害,降低事故的风险,更好的保障驾乘人员的安全,将是未来汽车安全所关注的重点。
一、汽车被动安全系统组成
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(一)、安全车身(吸能式车架)
在常见的汽车碰撞事故中,汽车车身吸收了相当大的冲击能量,安全车身的品质直接影响到整个车辆的被动安全性能。安全车身是所有被动安全系统的载体,也是整个安全系统的基础。简单的从技术上讲,安全车身的核心就是通过提高座舱的高强度和优化车身对冲击能量吸收的效率来保障驾乘人员的安全性。即车身在碰撞发生时能有效的吸收碰撞能量,并将其快速地分散到车身的各部位的骨架上,使传递到驾驶舱的冲击能量尽可能的小,同时配合乘员约束系统来保障驾乘人员的安全性。
汽车的安全车架对车身起到支撑的作用,是“龙骨”。他的设计需要综合动力输出、承重和空间舒适性,但最重要的还是安全性。比如在汽车碰撞试验中,如何分散车内人员的碰撞冲击力,避免由于碰撞致使车体任何部位的形变内凹挤压乘客,都会通过精密的计算。
(二)、防撞钢梁
拉力赛前后防撞梁的意义就是车辆第一次承受撞击力的装置,在车身被动安全方面有一个重要理念就是一点受力全身受力。说白了就是当汽车车体的某一个位置受到了撞击,如果仅仅让这一部位去承受力的话,那么达到的保护效果会很差。如果在某一点受到冲击力的时候,让整个骨架结构去承受力,则可以最大限度的降低一个点所受到的力的强度,特别是前后防撞钢梁在这里就起到很明显的作用。
在高速偏置碰撞中,防撞梁可以有效的将撞击力从车身左侧(或右侧)传递到右侧(或左侧),尽可能让整个车体去吸收碰撞能量。在发生低速碰撞时(一般为15km/h以下),防撞梁可以避免撞击力对车身前后纵梁的损害,降低维修成本。全新哈弗h5开启预订
(三)、安全气囊
所谓的安全气囊通俗来讲就是在碰撞中自动弹出的一种充气垫,对人体起到缓冲和包裹阻隔的保护作用。近年来,安全气囊从飞机到汽车被得到了越来越广泛的应用,它在被动安全系统中的重要作用,使其上升为汽车的标配之一并得到了迅速和广泛的推广。通常猛烈的碰撞在连续的几次再次碰撞后停止,安全气囊的保护作用可以防止首次碰撞之后的再次碰撞。
(四)、安全带
安全带在系好后与身体仍有一定空间,保证驾乘人员的舒适与灵活,但在碰到紧急情况时,安全带会在一瞬间自动收紧,保证驾乘人员的安全。其由安全带织带、安全带卡锁、卷收器等部分组成。当汽车受到碰撞时,卷收器装置会在瞬间将安全带收紧,织带被卷在卷筒上,使织带被回拉。卷收器会紧急锁止织带,固定驾乘人员身体,防止身体前倾避免与方向盘、仪表板和玻璃窗相碰撞。最后,限力器装置会根据碰撞力的大小适当的放松安全带以免将司乘人员勒伤。
二、汽车产品模块化与汽车被动安全系统
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(一)、汽车产品的模块化
汽车产品模块化的最初目的就是为了降低成本,欧洲最早运用实施了汽车产品的模块化概念。但随着产品外包规模、范围和程度的扩大化,特别是模块供应商为降低成本积极性的不断增加,模块或者子系统的研发、生产、试验的风险也转移到了模块生产企业上来。对汽车被动安全系统来讲,不同安全子系统的外包使得各生产商更加重视产品自身的安全性,为安全关键部件的实际使用提供了环
境。
设计模块化、生产模块化、采购模块化共同组成了产品结构的模块化。它们三者之间是一种递进的关系。之所以这么说是因为设计模块化将决定可能的模块组合,为生产和采购模块化创造前提,设计模块化是一切的基础。
(二)、产品模块化在汽车被动安全系统的应用
汽车产品的模块化为汽车被动安全系统提供了新的设计、生产、采购方式,使得车辆被动安全系统的各级生产厂家和供应商有了更为广阔的发展空间,对于汽车被动安全子系统来说,产品的模块化可以使汽车被动安全子系统的设计、试验、生产更为科学、规范,各级生产产商可以不断优化其所研发的被动安全子系统。产品模块化在保障了各个被动安全子系统在功能上一致性的同时,更加细化了研发和生产的独立性,使得对汽车被动安全系统的评价也更加细化。
(三)安全气囊系统主要由安全气囊模块、安全气囊电子控制单元(ECU)、传感器、SRS指示灯、故障诊断插座、SRS线束、螺旋电缆(时钟弹簧)等组成,具体如下图所示。
厦门违章查询1、气囊模块上海外地牌照限制
主要由气体发生器、气囊饰盖、气袋和支架组成。气体发生器用于产生气体向气囊充气使气袋膨胀开来。目前,大多数气体发生器都是利用热效应产生氮气而冲入气囊的。气袋采用尼龙制成,内层涂有聚氯丁二烯,用以密封气体。气袋静止时被折叠成包,安放在气体发生器上部和气囊饰盖之间,气囊饰盖表面模压有浅印,以便气袋充气爆开时撕裂饰盖,并减少冲出饰盖的阻力。气袋背面或顶部设置有排气孔。当乘员压在气袋上时,气体便从排气孔中排气。
2、安全气囊控制器(ECU)
它主要由SRS逻辑模块,信号处理电路备用电源电路,保护电路和稳压电路组成。安全传感器一般与ECU一起被制成在控制器组件中。它是气囊系统的核心部件,大多安装在驾驶舱内中央控制台下面。气囊爆炸后,在气囊电脑中会存储碰撞数据和故障码。
3、碰撞传感器
它主要用于检测判断汽车发生事故的碰撞信号,以便及时启动安全气囊,并提供足够的电能或机械能
点燃气体发生器,它分为碰撞传感器和安全传感器。有机械式、机电式、电子式3种形式。大多数气囊采用多个电子传感器分布在车身不同位置以便准确感知碰撞信号,并将信号传递到车上的控制系统中。控制系统也用以控制气囊系统的点火,进行系统的故障诊断,判断主要保护的乘员座位是否有乘员及是什么样的乘员。若判定前排座位上为儿童座椅,那么,在发生碰撞时,儿童座椅前的气囊就不能点火。总之,控制系统可以保证只有在必须使用气囊时才使气囊工作。
4、SRS警报灯
它位于仪表板上,起自诊断作用。它用于指示安全气囊系统是否处于正常状态。正常情况下,打开点火开关后,气囊指示灯应点亮几秒钟后熄灭。如果气囊指示灯不亮、一直亮或在形势途中突然点亮,表示气囊系统有故障,应及时检修。
5、故障诊断插座
用于诊断安全气囊系统故障的接口,该诊断插座可同时用于诊断发动机ECU、ABS、OBD等。即在汽车或总成不拆卸的条件下,采用仪器或设备检查安全气囊系统,从而确定气囊系统故障原因。
三、安全车身的开发
以国内某款车型白车身安全性的研发为例,主要有下几个阶段:
第一阶段:整车结构拓扑优化和灵敏度分析
第二阶段:CAE分析、白车身刚度、模态性能与同类车型对比,结合新材料对零部件结构优化。
1、顶部抗压强度分析
分析表明,对于XXX车型,当
载荷达到法规要求的22240N
时,加载装置的位移为22mm,
小于法规要求的127mm
2、后碰燃油系统安全要求分析
上图表明,XXX车型左侧B、C柱三组测量数据中,最大X向相对位移为14.7mm,满足定标值(30mm)要求
右图表明XXX车型油箱最大塑形应变达
到6.2%,主要是由于后碰过程中油箱和
后传动轴前支座本体支架发生轻微磕
碰.XXX车型采用的是塑料油箱,实际材
料最大有效塑形应变大于20%。所以满足安全性要求。
3、前后端保护装置低速碰撞仿真分析
右图表明,XXX车型前端
保护装置在各个低速碰
撞工况中起到了很好的
保护作用,前防撞梁变形
较小,碰撞器没有触碰发
动机盖和散热器