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好 我们看看汽车安全

我们怎么来定义

从大的体系上

从大的框架上

是怎么来定义汽车的安全

那在50年代

1955年的时候

这位德国教授

我上碰撞安全课里边

我的课上一般都坐着

四 五个德国学生

他能够发音

我就不发音了

我们这位德国教授

在1955年给出的定义就是说

交通工具呢

甭管是小车 大车 火车 飞机

它的基本的功能

就是把人和物

以尽可能安全 快捷 舒适的

从一个地方运到另外一个地方

这是我们叫回归最基本的因素 对吧

那这就是我们的汽车安全的定义

我们要快捷

要舒适

我们也要安全

这实际上是一个矛盾的地方

因为呢 我们整个社会的发展

这若干万年

和人体的发展这若干万年呢

它实际上是不一定能够承受

这么快的速度

或者说至少不一定能承受

这么快的减速度

对吧

你把人 原来没有这个能力

你把它运送到

每小时80公里

甚至你在飞机上

没小时一千公里

这个时候万一出点什么差错

你就要瞬间从一千公里

每小时的速度减成零

那我们的人体呢

应该是不能承受

这么大的一个碰撞载荷的

所以呢这就是我要了

速度以后

在安全上

恐怕就得有所牺牲

那现代社会

车已经有120多年的历史了 对吧

那今天的话

我们就能看到

尤其车在中国发展的话

我们再加两个字

这红色的都是我标出来的

高效 环境友好

这个高效呢就是我们在

三月底的一次课上来阐述的

现代的汽车的形势

浪费太大

你想想你每天用车干什么

上下班

你人有多重70千克 80千克 50千克

当你把这70千克 80千克 50千克的物体

从甲地运到乙地的时候

同时你也把一个一千多公斤的车

从甲地运乙地

这是一个巨大的浪费

所以呢效率不够高

环境不够友善

我们造成了很大的浪费

能源的浪费

环境的浪费

所以我觉得在不远的将来

很难预测啊

现代社会发展太快

你说咱们预测十年

二十年 三十年 四十年 五十年

但我决定一定不会是三 五十年

恐怕就是个二 三十年

咱们就都会见到这个事情

今天的车

这么大的使用过程中

这么大的浪费

是不是在今后二 三十年

会得到缓解

从安全再进一步到

汽车的碰撞安全性

那汽车的碰撞安全性呢

我们的定义就是

当不幸我们发生了汽车的碰撞事物

在汽车的碰撞过程中

汽车保护乘员

我放到括号里边行人

因为这是新的要求

以前没有这个要求

汽车保护自身乘员免受到伤害

或者你能够降低伤害程度的能力

就你这个车有没有这个能力

这是我们对汽车的碰撞安全的定义

那好

那我们就要问了

我们不愿意牺牲速度

但我们面临的问题是

这个速度要很快的停下来

速度变成零

这就叫做加速度或者减速度

那我们怎么设计汽车的结构和

车内的安全系统

使得乘员

一个合理的减速过程停下来

因为我们知道

如果汽车一个紧急制动

这也是个减速过程

我们很难想象

这个减速过程

会造成人员的伤害

可能 对吧

但是机会不是很大

所以呢在碰撞的时候

怎么设计一个合理的减速过程

车和人的合理的减速过程

使得我们这个乘员

在车内发生

我们叫做相对车内的二次碰撞的时候

它的二次碰撞的速度

我这括号里放的相对速度

就是说最后致伤的不是你的绝对速度

对吧

你的绝对速度

是50公里 90公里每小时

要看你以什么速度

撞到风挡玻璃上

看你以什么速度撞到安全气囊上

这叫相对速度

因为别忘了安全气囊

和风挡玻璃也在往前移对吧

你以一个什么样的

二次碰撞的相对速度

在这么一个合理的冲撞下

使得我们的车和人

能够缓慢的不能太缓慢

太缓慢的话

我们做不到这一点

使得我们原理在这儿

乘员的运动的姿态

和响应过程

就是加速度或者叫减速度

速度和位移

随时间的这么一个变化过程

能够尽可能充分的利用到

车内的有限空间

以及有合理的约束力

这里边实际上几乎是一个空集

大家想一想1/2 MV方

你的动能已经给定了

你开了这么快的速度 对吧

然后你的重量

这已经给定了

我们要在一个合理的过程中

把这个动能消耗掉

那消耗的时候不就做功嘛

力乘上位移

所以我可控的因素

就是力和位移

力和位移里边

这里有多少我可控的

位移可控嘛

车内就是这么大的空间

就是这么大的位移 对吧

而且你即使设计很大的车

你也不可能离方向盘很远

对吧

所以这就这么大的位移

那力可控嘛

如果力太大了的话

做功倒是很大

但是伤害就大

我们能知道这个

今天下午我们也要讲

不是今天下午

明天上午我们要讲

人体的伤害

主要是因为力 加速度

和挤压太大造成的

所以这里边呢

就是看上去是一个空集

这就是我们工程师

要设计的空间了

难就难在这了

如果是1/2 MV方

等于力乘上距离

就这四个参数

很容易就算出来第四个参数

如果这么容易的话

大家就没工作了

对吧

所以就是因为这个很难

几乎说

这四个参数全给定了

能够供我

来设计的空间

已经很小了 是吧

那好 我们看看实现汽车碰撞

安全性的一个途径

基本上有两个途径

从我们碰撞安全性的角度

第一个就是车身结构的途径

我们管它叫车身结构的耐撞性

也就是说

当发生碰撞的时候

汽车在碰撞过程中

产生了我们叫做

永久性的

塑性变形

这个变形要吸收掉一大部分动能

注意到我这个红字

那你在吸收能量的时候呢

你就会有一个碰撞力

这个碰撞力除以汽车的质量

就是我们的减速度

这个减速度呢

就是一个合理的减速过程

合理的减速过程

再加上车内有限的空间

乘员在这么一个合理的减速过程

以及给定的车内空间

加上你的约束系统

我们来设计

乘员的一个合理的减速过程

这就是汽车的结构耐撞性

来给乘员下一步

来提供一个边条件

或者是载荷条件

所以这里面就注意

我标红色的三个关键字

标红色的三个关键字呢

一个是永久变形

一个是足够的生存空间

一个合理的减速过程

那我们看看为什么是必须是永久变形

在我们力学的行业里面呢

或者领域里边叫做塑性变形

相对塑性变形另外一个词呢

叫弹性变形

弹性变形大家好理解

就是可恢复的变形

一个弹簧对吧

可恢复的变形

那塑性变形呢

就是不可恢复的变形

那大家想一想

当我们设计车的结构

让它发生碰撞的时候

为什么我们必须得是永久变形

或者塑性变形

为什么不能是弹性变形

对

我希望能量把它吸收掉

吸收掉以后就藏在里边

不要再释放出来了

如果再释放出来的话

你想

你车前面顶着一个弹簧

你撞到一个墙上

能量动能暂时的被弹簧吸收掉了

再过半秒钟 弹簧释放

你不是要被撞两次嘛

对吧

所以这就是必须要永久变形

所以别可惜那辆车

这个车是一定要毁坏的

那第二个层次

就是我们刚才说过的 多次的

乘员约束系统

所有的乘员在碰撞过程中

能够接触到的座椅

座椅安全带

气囊等等所有的

那乘员约束系统呢

也就是在做功对吧

它的功能就是通过

给乘员施加一个约束

来降低乘员和汽车内饰的一个

二次碰撞的一个接触过程

降低它的受伤风险

乘员约束系统呢

我们管它叫做

汽车碰撞安全保护的第二道防线

第一道防线很显然

也在这一页上

第一道防线就是第一个层次

那第三道防线呢

第三道防线就是

各位身体自身了对吧

你把你的身体练的强壮一点

也是有利于

碰撞保护的

这边插一个闲话啊

我们常常讨论

胖人安全还是瘦人安全

当然了这肯定没有一个绝对的答案了

但我们的初步研究

和我们看国外的一些研究呢

就知道

一般来讲呢

瘦人要相对安全一点

直观上觉得胖人安全

因为胖人好像有这个能量

动能的缓冲垫对吧

但是这个原理是这么一个原理

就是说还是刚才我说的

动能和做功的关系

你如果胖了

首先是你携带的动能高了

对吧

你这个动能就要吸收掉

那力乘上距离

距离不归你管 对吧

距离是车里边已经定好的

你就得管力

那你觉得胖人比瘦人的

承载受伤的能力会高吗

可能会高 能高多少

他如果比你胖5% 不叫胖

他如果比你重30%

或者重50%

这是有可能 对吧

一个人比另外一个人

重30% 重50%

那他抵抗受伤的能力

会提高30%50%嘛

通常不能按比例提高

甚至还会有可能下降

这是为什么

胖人不够安全

胖人只有在某一两个受伤的环节上

他是相对安全的

只有在大部分环节

都是不够安全的

所以这就简单的力学

好 我们看看整个的定义

刚才是我们定义了汽车的

车身的耐撞性 乘员约束系统

那这两件事加起来呢

就是我们常说的汽车的被动安全

除了汽车被动安全呢

还有一个

学科领域叫汽车的主动安全

那我个人总是不喜欢这两个词了

那我本人不是学汽车的

我是学力学的

所以呢在汽车行业做了20年以后呢

至少我知道了什么是被动安全

什么是主动安全

但是我总觉得

在座的是工程师了

但是当你给大一的学生

或者研一的学生讲课的时候

你就要很费劲的去解释这两个术语

我总在想

为什么不能换两个术语呢

让普通人都能够

容易理解的两个术语

被动安全就是碰撞安全 对吧

我要说汽车的碰撞安全性

我就不用任何解释了

我如果说汽车的被动安全

我得费心费苦的给大家解释

主动安全呢

就是碰撞规避

就是你怎么来设计车的

各种各样的制动啦

还有各种其他的能力

使得降低碰撞发生的风险

所以呢

一个叫被动安全 一个叫主动安全

这两件事合起来呢

就是我们说的汽车的安全

那这里边我想花那么两三分钟

给大家介绍一个新的概念

就是说这是我们传统的体系和架构

还有一个新的术语也好

或者是领域也好

是我们主动安全领域的专家

和被动安全的学者

在积极做研究的领域

叫做汽车的预碰撞安全

预碰撞安全翻译的中文术语

我应该把英文列上

是不是很合适

我还不是很清楚

英文叫 pre-crash

这个呢就是把我们主动安全

跟被动安全的事结合起来

将来的传感器系统

主动安全的技术

我列在这的

行车环境的监控

乘员状态的识别

这两件事加起来

这是主动安全的技术

是不是我们对碰撞的预警会更加准确

但是呢

碰撞很可能还是不可避免的要发生

虽然呢你提前半秒钟知道了

你可以采取各种主动安全的手段

降低碰撞的强度

但是最后可能碰撞还是

不可避免的要发生

而且将来主动安全技术发展的越好

车速越高

车速越高的话

你把一个190公里每小时的车速

通过很好的手段降下来

可能也就能降到90公里每小时

那最后你还是要发生

90公里每小时的碰撞

这样的话

实际上碰撞速度

有可能比我们现在还要高

那这个时候呢

如果我们假设

这部分技术 会越发展越好

那我所有的在被动安全里边的那些手段

为什么要在碰撞那一刹那

T等于零之后 才要起作用呢

如果我这个碰撞预警足够的准确

为什么不能在T等于零之前

也就是说还没有发生碰撞的时候

我至少先准备起来

我如果这两天有时间

再给大家讲一点

安全气囊的风险

和设计安全气囊的

起爆准则有多难

你就知道

我们非常非常需要这件事

这是一个新的领域