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下边我们讲座的核心

我管它叫侧面碰撞的过程分析

我以一种很清晰的力学的形态

用大家能够明白的速度曲线

把它分解一下

做之前我们看这么一个类比

我们讲正面碰撞的时候

讲到它的那个可分解性或者解耦性

正面碰撞的时候

它汽车的前端结构

你设计它的结构

来提供一个所谓的碰撞波形

这个碰撞波形

是坐在车里边的乘员能够感受到的

我们管它叫碰撞波形

那这个碰撞波形

就是我乘员身上

感受到的载荷条件

我如果假设乘员舱基本不变形

这是1950年代的德国专利 对吧

车现在都这么设计的

除了像我们刚才看到那个

上一代的技术 那个老车

那它不满足这个要求

如果我能保证

乘员舱基本不变形

那你坐在乘员舱里边的乘员

能感受到就是前端的结构变形

产生的加速度对时间的曲线

加在我的载荷上

这是我的惯性载荷

然后我来设计

我的乘员约束系统

来看这个Ride down

乘降过程

怎么能更好的把能量消耗掉

分散出去

这是正面碰撞我们全讲完了

它的关系

侧面碰撞就比较复杂了

就是说它结构设计

跟约束系统设计

它是高度耦合在一起的

我很难把它结耦

我正面碰撞还能做一个假设

我假设乘员舱不变形

或者基本不变形

我能够把约束系统

和前端结构分开来设计

前端结构产生的结果

是约束系统的载荷条件

但是侧面碰撞

也试图做这样的分解

或者是结耦 一直不成功

所以干脆我们就放弃了

说侧面碰撞

大家就把结构设计

和约束系统设计揉在一起

它本来就是很难分离的

那我们如果稍稍要把它分离一下

大致就是这么两个

一个是我乘员坐在这

或者假人坐在这

它的边界条件或者载荷条件

不外乎是进来的门

这个门是以一定的速度

和形态进来撞到我身上

所以这就是我的载荷条件

和边界条件

但是它要接触到我

然后约束系统

就是门和我这身体之间

所有的衬垫了 气囊了 对吧

所以如果我们稍微

比照正面碰撞

做一个类似的分解

不完全是等效的

大概是这么一个关系

所以车门的变形

就是我的侧面碰撞的

一个载荷条件 或者边界条件

但差别 注意 有差别

我不能够在做实验

和做仿真分析的时候

我不能够先把变形采集下来

然后做一个边界条件

施加在乘员上 不行的

它在这100毫秒的过程里

它是高度耦合的

这个速度曲线

我们来一条一条曲线

仔细的解释一下

这里边是速度对时间的曲线

所有的里边标识的这些速度

都是相对于地面的速度

记得我们讲波形的时候

有相对地面的速度

相对车的速度

这里边所有的

都是相对地面的速度

这样我才能看出来谁比谁快

谁在追谁 对吧

如果是相对速度的话有不对了

所以这是一个提示

大概就是这么一个形态

想象一下

然后我们一个一个看

第一件事

是车门的速度

所以从T等于0碰撞开始

车门在很短的时间之内

大概也就是10个毫秒

就迅速的达到了峰值

峰值是什么呢

我如果看一下车门的峰值速度

几乎等于开过来的

这个MDB的速度

就这个MDB的速度

是大概13米每秒

就刚才我们看到的评价指标

50公里/小时

就是这来的速度

这个速度撞上以后

车门只需要大概10个毫秒的时间

很抖的 很快的

车门就获得了跟MDB

几乎相同速度

这是第一点

第二点 看假人

里边不是有个假人吗

我在假人的盆骨那儿

放一个加速度计

然后把这加速度计

积分出速度

我看看它的速度形态

这个假人

我拿假人的盆骨

基本代替假人本身

这也是稍微有个近似

我们做正面碰撞的时候

用胸部加速度来代替整个的

如果按我刚才描述的

你大概是都是沿着X方向

姿态控制的很好是可以的

但别忘了我们很多的设计

没有那么好的姿态

如果我胸部在转动

那就不是那个方向了

所以这里也是一个近似

我近似的用骨盆的

骨盆在中间

骨盆的速度

来代替这个假人的速度

那我们来看看它的变化

一开始速度几乎是0 对吗

它有一个大概200毫米的空间吗

所以门在接触到你之前

你的静止速度是0

相对地的时候开始都是0

撞上你之前你还是0相对地面

然后一旦撞上你了

你速度迅速上升

但是倒是没有上升到

门的那个高度 对吧

所以这是第一点

假人的骨盆从车门的侵入

获得了速度

下一点很奇怪的一个点很重要

在这个点上MDB车门

MDB的速度

这个是MDB的速度

这个MDB就是可变形的障碍墙

它开过来

MDB当然速度要递减了

对吧 它越来越慢

所以大概在这个点上

是30毫秒左右

这个MDB

可变形障碍墙的速度下降

假人的速度上升

以及车门的速度先上升再下降

大概在这个点会合了

就在某一个时刻上

这三个关键的东西

它有个相等的速度

你想它都挤在一起了 对吧

一块往前走

所以在某一个

然后我们待会儿看

为什么车门速度会下降

为什么之后假人的速度继续上升

当然了MDB的速度

肯定是在下降了

先记住这几点 待会儿再看

再看这个

这个说的是 这是哪条线

这是车门的速度 对吧

这条线是车门的速度

车门速度升到最高点下降

然后维持下去

超过100毫秒接着往前走

别忘了超过100毫秒是怎么回事

超过100毫秒

就是大家刚才看到

那个蓝色的车被推出去了

后边的事我不管了

因为超过100毫秒事故结束了

通过摩擦就停下来了 对吧

所以这往后

速度最后会降成0的

但是超过这点我不关注了

那我们看这车门

大约在这的时候

它还在维持这么一个速度

这速度大约在我这图上

是8米每秒

那这里我标注的是

车门的侵入速度相对地面

要大于车辆被推开的速度

车辆被推开的速度是这条线

那你看这条线

这条线是车辆的速度

就车原来静止的在这

你撞上来以后

我原来速度是0

然后我逐渐速度越来越快 对吧

先是门被你给侵入了

然后我车整体速度被推开了

所以这条曲线是

开始速度是0

所以车的整体的横向运动速度

最后跟MDB速度是相等的

你去看车的整体的测量速度

车门的速度在这个当口

还是要快于大概两米每秒

什么意思

就是当我这个车整体被获得了

6米每秒的速度的时候

车门还在以8米每秒的速度往前走

相对速度是2米每秒

也就是说你坐在车里边

你跟着车一块

以6米的速度往前走

车门还得2米每秒的速度

再向你侵入过来

这就是一个

注意速度差

再看速度差

速度差说的是

假人被推开的速度

要大于车门侵入的速度

我们看假人

假人不是这条线对吧

到了速度以后就持续往前

假人被推开以后

当然过了100毫秒

它最终要停下来

它被推开以后这盆骨

它大约在这地方

是以11米每秒

或者12米每秒的速度

持续往前走

假人以 咱们就说12吧

假人以12米每秒的速度持续往前走

然后车门的速度

在这个当口大概是8米每秒

所以这地方也有一个速度差

这两个速度差都要认识到

一个是车门的速度快于车的速度

它不断的在进来

第二个是假人的躲开的速度

要快于车门进来的速度

就是说我还是在躲你的

我还是在躲你的

所以这两个速度差

一定要把它注意好

然后看这三个速度

车门一直保持一个

比较高的速度向你侵入

但是虽然比较高的速度

别忘了相对假人

大概就2米每秒的速度的侵入

这个位置

就是MDB和车整体相对地面一起运动

这叫什么 动量守恒 对吧

推过来 把车推出去

在相当长的时间内

这两个物体一起在运动 对吧

所以MDB速度在下降

车的速度在上升

最后一块再往前运动

所以这个图

我为什么走的时间比较长

花了可能不止5分钟的时间

非常非常重要

你要把所有的侧面碰撞过程里边

它各个物体相对运动的关系

给它理解清楚

这样才能去设计

我们看一下刚才那张图

整个的碰撞过程

它的主要的

碰撞过程里边的动量交换 对吧

MDB 按照美国的法规1300公斤

或者欧洲的法规950公斤也好

撞到车上

车大概也是1000多公斤

也就是这两个物体之间的碰撞

基本上是一个

两者的质量基本相当

然后开始被撞的车速度是0

进来的车是50公里/小时

然后整体有一个终止的速度

很容易把它算出来对吧

那整个的过程中

MDB可变形障碍墙把车推走了

这就是一个

满足动量守恒的动量交换过程

很简单 对吧

你有两个 车的质量知道

终极速度知道 初始速度知道

一算就算出来

所以你如果要做个大概的估计的话

动量守恒就完了

这部分是最主要的动量交换

因为它是两个

质量相当的物体的碰撞

而且质量初始速度和结尾速度

都很清楚

第二部分稍微弱一点

是可变形障碍墙

可变形障碍车和车门之间的

你叫它动量交换也可以

就是说这个车门

只用了10个毫秒时间

迅速获得障碍墙

壁障的速度

这个为什么迅速获得呢

道理很简单

车门才有多少质量呢 对吧

两个大的撞小的

那不小的一下就给撞出去了吗

尽管车门的除了质量小之外

周围还是对它有些约束

所以你就知道

你要把约束做强是多重要

你那车门B柱

还有铰链这些很弱

很容易就推进来

形成了一个车门的侵入速度

车门的侵入速度

就是我们做侧面碰撞的时候

基本上是加在载荷身上的

边界条件

第三部分动量交换

我们来看侵入的车门

和假人之间 对吧

车门推进来

但是这不是一个

严格的动量交换

因为假人70公斤也好

80公斤也好

它原来速度是0

它是被推出去了

但是进来这个车门

第一 它的质量你说不清道不明

它究竟是个什么质量

因为它跟周围还有约束

但总而言之

大概也是一个小质量的东西

撞到一个大质量的上边

别忘了小质量的车门

背后有一个更大的质量

所以这部分的交换

不是严格的动量交换

某种意义上讲是MDB

跟假人的一个动量交换

所以你看到假人

它的那个等了那么20个毫秒

它的速度也迅速上升

因为它的质量相对MDB的质量

也是很小的 对吧

所以这要理解清楚

整个的在侧面碰撞过程中

各个物体的速度变化趋势

为什么这么变

然后理解清楚

它后边的力学原因

就是很简单的动量交换

这样我们就清楚了

车门的迅速变形

获得很高的侵入速度或者位移

那这就是我们的边界条件

跟正面碰撞不同的是空间太小

我们做汽车的碰撞保护

核心就是二分之一MV^2——动能

和力乘上距离能量消耗

就在做这两件事

侧面碰撞最大的问题是

缓冲空间太小

所以我们在做总体上的

侧面碰撞的

乘员保护对策的时候

就要注意到这些问题

一个是我们希望尽可能的

加强汽车的侧面结构

因为它侵入的速度和侵入的量

对我是要造成伤害的

这是我的载荷边界条件

所以你在设计结构的时候

你就看吧怎么加强

里边我们后边会看到

什么B柱要强了

门槛梁 不是门槛梁

就是里边的那个门的

那个斜梁了等等

这些都是加强侧面的结构

减小或者降低车门的侵入速度

或者侵入距离

这是一件事要做的结构设计

第二件事就是我们要限制

作用在假人身上的力

就是说无论如何

侧面结构还是要进来的

还是要跟假人发生接触的

接触你要把假人推走

所以车门的那个内饰结构

它是跟假人接触的

那我是设计一个什么样的结构

这是我们讲座核心要讲的

我在哪些点上去推这个假人

一个什么样的力

什么样的分布力

在哪儿来布置我的气囊

这些就至关重要了

我们管它叫做

这就是我们的乘员约束系统了

对吧 侧面的气帘

跟正面气帘的功能

略微有点不一样

它的差别是什么呢

它主要的作用是把假人推开

因为我的距离太小了

如果我起爆一个气囊

就这么点距离

我事实起爆一个气囊

然后能够把假人推开

它的气囊的力还蛮大的

以及我车门内饰里

设计的这些把手

这些所有的相关的东西

我们要讨论的

它的作用合适的把它推开

那这就是我的乘员约束系统

所以我们体会到了

在侧面碰撞设计里边

最难的就是缺空间

我们看看侧面碰撞的时候

结构侵入大概是一个什么量

这边标出来的量

当时可能是某一个工况下

某一个车型

不一定适合到所有

但是我给一个大概的一个概念

这一个是车门的外轮廓

一个是内室的内轮廓

就是说我的把手

这是绿色的

然后碰撞之后这个蓝色

分别是车门的外轮廓

会把它推进到这

里边的那个把手的这些内轮廓

会把它推进到这个位置

所以你大致就能看到

大约有300毫米的侵入距离

最大的侵入距离

大约是300毫米

不同车不一样

有的小一点 有的大一点

那这么大的侵入距离

我这是没有这么大空间的

所以人力一定是要把它推开的

在推开的过程中一定是有力

作用在假人身上

所以我们需要要做的是

怎么来施加这个力

然后再看看我们这个车门

和假人之间的空间的关系

这个也是

不同的车型是不一样的

对吧 你去 回去量一量

你关注的这款车

它的几个关键点 对吧

一个是侧面玻璃到头的距离

一个是这边

一般英文叫Belt Line

应该就是玻璃到下边

到肩膀的距离

然后手臂的这块

以及胸部

这是门把手距离

几个关键的距离

间隙

那我们在设计的时候

就是怎么来控制间隙

每一个关键点上

都是以什么样的时间历程

它是进来的

我们在间隙上

适当要放什么装置

什么保护装置

跟假人的相互关系

这是我们要关注的

一般在车门里边

车门大概有个150毫米厚

里边装很多东西 对吧

玻璃

什么这些玻璃升降的装置了

还有车门的梁

都装在那里边

所以这150毫米里边

装很多东西

其中还要装一个

这是我们核心要去讲的

叫做Pusher

英文叫Pusher

Pusher就是推开

我学生把它翻译成推开器

我觉得不是很合适

所以我就一直在用衬垫

总而言之是

你那儿放一个

一般是泡沫塑料做的

放在那儿

放在车门里边的某一个位置

是作用在假人的髋部

把它推开 英文叫Pusher

我们核心就看看

Pusher的设计

再看看侧面碰撞

车门的变形

碰撞前这么一个姿态

碰撞后大概是这么一个过程

这是相互的作用

这个时候已经不是这个姿态了

好 看保护垫的设计

那这是我们从后边看

这个MDB

或者是可变形障碍墙推进来

我在车门里边

大概在假人的盆骨髋部这

放一个Pusher

一般是低密度的

高能量吸收能力的泡沫塑料结构

然后在肩部这

大概就是玻璃下沿这个地方

放另外一个Pusher

也是同样的塑料或者结构

那这两个一个

推大概肩膀的这个地方

或者低一点

一个是推盆骨这个地方

你把这两个硬点往过推

基本上就是对假人

形成一个很好的一个推力

再加上配合上

你的侧面气囊

这是整个的

这个Pusher的设计

那它的功能就是随着

车门的侵入

这个时间或者这个边界条件

给假人施加力 越均匀越好

这是我们叫缓冲垫

或者Pusher的作用

这里边有个讨论

就是刚才我讨论

自适应乘员约束系统

我们在说的这张考卷

是对着标准的乘员体型

和标准的坐姿

你别忘了

我们在实际的碰撞事故中

你那个座椅在什么位置

你的坐姿是什么

你的坐高是多少

你的身高体重是多少

所以绝大多数人坐在那儿

都是非标准身材 非标准坐姿

这就麻烦了

你设计车的时候

你这放一个推骨盆的Pusher

这放一个推肩膀的

你换一个体型的

就不是那个位置了 对吧

同样还是五十百分位的标准假人

它坐在这 它稍微斜坐一点

稍微往前坐一点

座椅往前一点 往后一点

也不是那个位置

所以这就是实际的事故中

跟我们做碰撞实验

考试的时候

它的这么大的不一样

还有一个不一样是

Dr. Zobel指出的

Dr. Zobel

是大众汽车研发中心的

退休的研究人员

在过去几年里边

跟我们有很多合作 老来

就在房间里边

给我们的学生开讲座了

那他提到一个

其实我做人体冲击生物力学

和碰撞很多年

他也是做了很多年

我实际上没有想到这一点

他说这个假人

因为我也研究假人

假人脊柱

实际上比真人要硬很多

也就是说当你设计推的过程中

别忘了我们设计的时候

甭管是做试验 还是做仿真

用的都是假人

咱从来不用真人

也就是说你顺顺当当的把假人推走

实际上跟假人脊柱的柔软度

或者是硬度有关系的

换一个真人再那儿

他脊柱很软 对吧

我这能变形很大

这个时候你推的位置力的大小

可能就不那么合适

就是另外一个大问题

就是我们假人的设计

所谓的生物保真度

我们之前讲过的

还远远没有达标

假人还远远不能代表真人