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汽车安全性能的影响因素及分析论文

四川职业技术学院

毕业论文

题目：

汽车安全性能的影响因素及分析

系别：

汽车工程系

专业：

汽车运用技术

班级：

姓名：

学号：

指导教师：

完成时间：

2014年7月

汽车安全性能的影响因素及分析

摘要：

本文以汽车安全性能影响因素为起点，介绍了汽车车身结构、、车身吸能、主动安全装置、被动安全装置，着重介绍了几种发展比较成熟的现代汽车安全装置，通过对其功用、工作原理及工作过程的介绍，让大家更加了解现代汽车安全系统的安全性。

随着电子技术以及电子行业的高速发展，我相信将来的汽车制动系统安全技术会越来越依靠电子，这样制动的效果，制动可靠性会越来越高。

将来的安全性能也会越来越成熟。

关键字：

车身结构、防抱死系统、驱动防滑转、碰撞吸能

1安全性能评价概述

安全性指标分为主动安全和被动安全。

1.1安全性能的概念

主动安全性是指汽车本身防止或减少道路交通事故发生的性能。

主要取决于汽车的尺寸和整备质量参数、制动性、行驶稳定性、操纵性、信息性。

被动安全性是指汽车发生事故后，汽车本身减轻人员伤亡或减少货物受损的性能。

1.2安全性能评价指标

安全性评价指标通常说的是汽车的制动性，主要有以下评价指标

第一制动距离是衡量一款车的制动性能的关键性参数之一，它的意思就人们在车辆处于某一时速的情况下，从开始制动到汽车完全静止时，车辆所开过的路程。

第二制动时间一般指行驶中的汽车从开始刹车到汽车完全停下来所用的时间。

第三制动减速度反映了地面制动力的大小，与制动力和附着力有关。

第四制动效能亦称热衰退性长时间使用制动，制动器不可避免的升温，制动效能的恒定性主要指抗热衰退性。

2车身结构对汽车安全性能的影响因素

按照汽车受力情况，车身结构可分为半承载式、承载式和非承载式三种。

2.1半承载式车身对汽车安全性能的影响因素

半承载式车身是一种介于非承载式车身与承载式车身之间的结构形式，车身与车架使用焊接、铆接或者螺钉连接的，他拥有独立完整的车架，并且车架与车身刚性连接，载荷主要有车架承受，因此车身壳体可以承受部分载荷。

半承载式车身有部分的骨架如单独的支柱，拱形梁，加固件等，它们彼此连接或借蒙皮连接。

半承载式车身一般用于大客车。

半承载式车身为了避免避免非承载式车身相对于位移发出的噪声而设计的，但由于重量大，现在很少采用。

2.2承载式车身对汽车安全性能的影响因素

承载式车身没有车架，而车身已兼起车架的作用，将所有部件固定在车身上，所有的力也由车身来承受。

因此承载式车身和非承载式用途完全不同。

承载式车身的车身部分侧围、立柱、车顶都在承受地面、悬挂传过来的震动、压力，而非承载式只有底盘在承受这些。

优点是无车架，减轻整车质量；结构不影响车厢内部空间，车身高度降低，上下车方便；适合轿车、小车，以及城市SUV这种混种车，比较轻、省油；重心较低，公路行驶平稳，整体式车身比较安全。

缺点是传动系统和悬架的震动和噪音会直接传入车内，需采取防震和隔声措施；底盘强度远不如大梁结构的车身，当四个车轮受力不均匀时，车身会发生变形；制造成本偏高；只适合在良好的路况上行驶，不良路面的通过性差，凹凸的路面可能造成拖底。

承载式车身最大优点莫过于重量轻，而且重心较低，车内空间利用率也比非承载式车身结构更高，所以在家用轿车领域已经取代了非承载式车身结构。

但承载式车身的抗扭刚性和承载能力相对较弱，所以在越野车和载重货车领域还是非承载式车身的天下。

2.3非承载式车身对汽车安全性能的影响因素

非承载式车身是指车架承载着整个车体，发动机、悬挂和车身都安装在车架上，车架上有用于固定车身的螺孔以及固定弹簧的基座的一种底盘形式。

优点是车身强度高，钢架能够提供很强的车身刚性，所以在走颠簸路面时更平稳舒适一些；有独立的大梁，底盘强度较高。

一般用在货车、客车和越野吉普车上。

四个车轮受力再不均匀，也是由车架承担，而不会传递到车身上去；车身和车架是采用弹性元件联接的，具有一定的缓冲减震作用。

在公路上行驶的时候，会感到比较平稳。

缺点是遇到危险的时候，厚重的底盘，也会对相对薄弱的车身产生致命威胁；

重量大，车架本身就很重，用的钢材多，成本也相对较高；汽车质心高。

车架有边梁式、钢管式等形式，其中边梁式是采用最广泛的一种车架。

非承载式现在主要应用于越野车，如奔驰G级、吉普牧马人、丰田普拉多等，硬派的城市SUV如荣威W4、长城H4、陆风X8。

3碰撞吸能区对汽车安全性能的影响因素

由于汽车碰撞安全法规是指导汽车碰撞安全性设计与改进的依据，改善碰撞安全性的措施一般都瞄准如何直接和间接地降低法规所规定地伤害指标这一总目标。

纵观国内外现有技术状况，汽车碰撞安全措施主要可分为两类一汽车结构缓冲与吸能措施；二车内乘员保护措施。

3.1碰撞吸能区

碰撞吸能区的概念是梅塞德斯·奔驰在20世纪50年代首次提出来的。

其设计为在发生撞击时车身发生逐渐变形，以吸附事故中产生的绝大部分的撞击能量。

车身改为这种可以变形的设计后，乘员所承受的强烈的撞击力就可以大大减小。

车身结构件就是通常所说的“梁”。

车身结构件隐藏在车身覆盖件之下，对车身起到支撑和抗冲击的作用，分布在车身各处的钢梁是车身结构件的一种。

典型的车头处钢梁由钢板围成一个闭合断面结构，钢板的厚度和材质规格都要比车身覆盖件高很多，而且为了在碰撞时有效吸收撞击能量，这些钢梁还会将不同强度的钢材焊接在一起，形成有效的溃缩吸能区。

还有一些钢梁不一定是闭合断面结构，它们在尽量轻量化的原则下被设计成各种不同形状以承受特定方向上的力。

汽车车身结构几乎都是由薄壁金属件构成，在发生碰撞时，受到强烈撞击的薄壁构件会发生塑性变形，这种塑性变形本身伴随着碰撞能量的吸收。

因此，车辆结构的碰撞吸能设计很大程度上是薄壁件的碰撞性能设计。

与一般的吸能元件不同，薄壁构件的碰撞吸能除了与本身的材料有关外，还与焊点、材料壁厚、横截面以及预变形密切相关。

3.1.1焊点与吸能

薄壁构件的形成是通过对金属薄板进行冲压、弯折等冷加工变形后，再通过焊点连接而构成，焊点断开或焊点处材料撕裂能够有效的吸收碰撞动能，当焊点强度过低则会严重影响薄壁构件对碰撞能量的吸收。

在设计碰撞吸能用的薄壁构件时，为了不影响其撞击吸能特性，应尽量避免焊点在碰撞过程中过早的脱开。

一般情况下，焊点的开裂与以下因素有关

焊点强度包括法向拉脱力FNS与切向剪切力FTS。

当焊点实际受力与FNS及FTS满足一定的关系时，焊点就会开裂。

焊接形式主要是指焊接形式，不同的焊接将导致截面承受碰撞的能力各不相同。

3.1.2壁厚与吸能

薄壁构件的壁厚与碰撞吸能是直接相关的，对于同样模式的变形，变形所吸收的能量与壁厚之间式指数增长的关系。

在结构设计中，壁厚的选择必须与实际情况相适应，壁厚太小容易变形，但可能不具备足够的吸能能力，而壁厚过大又不易变形吸能。

3.2安全区与缓冲吸能区的关系

“一次碰撞”在很大程度上决定了“二次碰撞”的剧烈程度，因此“一次碰撞”对人体损害有很大影响。

控制好“一次碰撞”，对减少人体损伤有重要意义，合理设计汽车结构的缓冲与吸能特性是控制好“一次碰撞”的关键。

3.3部分吸能区域

仅从乘员不被汽车碰撞变形后产生挤压受伤的角度看，乘员安全区在碰撞中的变形越小越好。

要使乘员安全区变形小，就要求缓冲吸能区有较大的总体刚度，但缓冲吸能区的刚度过大又会影响汽车的缓冲吸能性能。

从缓冲吸能角度看，缓冲吸能区的刚性应足够小，变形应足够大，这就导致了乘员安全区变形小与缓冲吸能区变形大的矛盾。

3.4缓冲吸能区的特点

为解决这一矛盾，缓冲吸能区必须设计成“外柔内刚”式的结构，即缓冲吸能区与乘员安全区交界处设计成具有较大刚性的结构，而在缓冲吸能区外围设计成具有较小刚性和较好缓冲吸能的结构。

由于汽车的结构特点所限，缓冲吸能区抗侧向和上方的碰撞能力较差，而抗前撞和尾撞的能力相对较好。

4主动安全装置对汽车安全性能的影响因素

汽车主动安全性是指汽车本身防止或减少道路交通事故发生的性能。

主要取决于汽车的总体尺寸、制动性、行驶稳定性、操纵性、信息性以及驾驶员工作条件操作元件人机特性、座椅舒适性、噪声、温度和通风、操纵轻便性等。

此外，汽车动力性特别是超车的时间和距离也是很重要的影响因素

4.1防抱死系统概述

现代汽车上大量安装防抱死制动系统，ABS既有普通制动系统的制动功能，又能防止车轮锁死，使汽车在制动状态下仍能转向，保证汽车的制动方向稳定性，防止产生侧滑和跑偏，是目前汽车上最成熟、制动效果最佳的制动装置之一。

4.1.1防抱死制动系统优点

第一点车辆控制装备有ABS的汽车驾驶员在紧急制动过程中，保持着很大程度的操纵控制。

在紧急制动过程中，用标准的液压制动器产生的打滑使驾驶员失去对车辆的控制。

ABS恢复稳定性并使驾驶员恢复对车辆的控制。

第二点减少浮滑现象潮湿、光滑道路和抱死车辆纵使形成被称为浮滑现象的状态，当车辆驾驶员行驶在具有一层水和油薄模的路面之上时，出现与浮滑现象相仿。

由于ABS减少了车轮抱死的机会，因此，也减少了制动过程中出现浮滑现象的机会。

第三点改善了轮胎的磨损使用ABS防止车轮抱死，消除了在紧急制动过程中轮胎平斑的可能性。

4.1.2防抱死制动系统的作用

第一缩短制动距离汽车。

在紧急制动时，ABS系统可以将装备ABS系统的车辆的滑移率控制在百分字之二十左右，也就是说，它可以获得最大的纵向制动力的效果。

第二增强制动时的操纵稳定性。

汽车制动时，四个轮子上的制动力是不同的。

如果前轮抱死，驾驶员就无法控制汽车的方向；倘若后轮先抱死，则会出现侧滑、甩尾，甚至是整个汽车掉头等严重事故。

ABS系统可以防止制动时四个轮子被完全抱死，有效提高了汽车行驶的稳定性。

资料表明，装有ABS系统的车辆，可以使由于车轮侧滑引起的事故比例大幅度下降。

第三改善了轮胎的磨损状况。

车轮抱死会造成轮胎杯形磨损，轮胎面磨耗不均匀，导致轮胎磨损耗费增加。

经测定，汽车在紧急制动时车轮抱死所造成的轮胎累加磨损费，已超过了一套防抱死系统的造价。

因此，立足长远，装用ABS系统具有一定的经济效益。

第四减轻司机的心理疲劳。

ABS系统的使用与普通制动系统几乎没有区别。

制动时只要把脚踏在制动踏板上，ABS系统就会根据情况自动进入工作状态。

ABS系统在任何路面上应急制动只要求一种制定的制动操纵，而不需要顾虑车轮抱死问题。

这就可以在心理上减轻司机的疲劳，进而保证驾车的安全可靠性。

4.2牵引力控制系统概述

ESP是牵引力控制系统概述，与其他牵引力控制比较，ESP不但控制驱动轮，而且控制从动轮。

近年来世界范围内新车的ESP装配率，显示了其正在被越来越多的人所认可。

2003年欧洲的ESP装配率达到42%。

在美国的装配率也提升得非常快，几乎翻倍到达21%。

到目前为止，欧洲是ESP最大的市场，而且将继续保持几年ESP将成为所有车辆的标准配置，它是继安全带之后最具拯救生命潜力的科技。

4.2.1牵引力控制作用

第一控制驱动力，防止车轮打滑。

ESP能够避免车辆的起步打滑，系统对制动、发动机管理和变速换挡控制及时干预，让汽车在启动时保持合适的扭矩，而整个过程ESP利用微处理器分析来自传感器的信号并输出相应的控制指令。

第二控制转向过度或不足。

在转向过程中，如果驾驶员对车辆的操作过于激烈，会使车辆不能按照自己的轨迹行驶，后驱汽车常出现转向过度情况，此时后轮失控而甩尾。

当ESP感知到这种情况将要出现之前，便会对外侧前轮制动，让前轮得到一个反向转矩来稳定车身；在转向不足时，为了校正循迹方向，ESP则对内侧后轮制动，形成一个加强汽车转向的转矩，从而校正汽车的行驶方向。

第三控制方向，减少对开路面制动距离。

对开路面，指的是汽车的左右轮分别位于不同附着系数的路面上，例如，一半是干燥路面，而另一半是积水甚至是积雪路面。

在这种路面上制动时，制动系统在对附着力较低的路面上的车轮施加制动力时，为了防止车轮的抱死滑动，制动系统不能够对车轮施加与干燥路面上的车轮同样大的制动力。

4.3驱动防滑转概述

ASR是汽车驱动防滑转系统简称。

是继ABS后采用的一套防滑控制系统，是ABS功能的进一步发展和重要补充。

4.3.1驱动防滑转功能

ASR主要目的是防止汽车驱动轮在加速时出现打滑，特别是下雨下雪冰雹路冻等摩擦力较小的特殊路面上，当汽车加速时将滑动率控制在一定的范围内，从而防止驱动轮快速滑动。

它的功能一是提高牵引力；二是保持汽车的行驶稳定。

行驶在易滑的路面上，没有ASR的汽车加速时驱动轮容易打滑；如是后驱动的车辆容易甩尾，如是前驱动的车辆容易方向失控。

有ASR时，汽车在加速时就不会有或能够减轻这种现象。

在转弯时，如果发生驱动轮打滑会导致整个车辆向一侧偏移，当有ASR时就会使车辆沿着正确的路线转向;最重要的是车辆转弯时，一旦驱动轮打滑就会全车一侧偏移，这在山路上极度危险的，有ASR的车刚一般不会发生这种现象。

4.3.2驱动防滑系统的基本原理

ASR驱动防滑系统的缩写。

功能与TCS相同，同样是为了防止车辆在起步、再加速时驱动轮打滑，维持车辆行驶方向稳定性的系统，叫法不同，通常多在大众等德国系车型上看到这个缩写。

汽车在路面上行驶时，其驱动力取决于传递到驱动轮的发动机输出扭矩和轮胎与路面之间的附着极限。

传递到驱动轮的发动机输出扭矩是由发动机的外特性和传动系的传递特性速比、传动效率、驱动轮半径等决定的，它按照驾驶员的操作表现出一定的规律控制。

而轮胎与路面之间的附着极限与轮胎结构、路面状况、天气条件和车速等诸多因素有关，是一个变化范围很广的不确定量。

5被动安全装置对汽车安全性能的影响因素

5.1溃缩吸能技术对汽车安全性能的影响

以日本的丰田等汽车公司以安全碰撞实验为依据，强调的是安全设计的重要，也就是被不少汽车爱好者称为的“软防护派”。

在这一思路的指导下，发生碰撞事故时车内乘员的保护主要通过车体结构的溃缩实现，通过预先设定的褶皱永久变形，能够吸收外力冲击的大部分

GOA是世界顶级水平的安全设计缩写。

它是丰田公司的设计专利。

位于车前后的可溃缩车体，不仅能应对撞击事故，还能全方位加强座舱防护，缓和二次撞击，有利于驾驶者逃生和获救。

GOA车身另一个特点是在撞击时能将撞击力分散至全车各部位，并以能量吸收材质与多处强化钢梁保护座舱空间。

目前，丰田公司的主流车辆均采用GOA设计，包括雷克萨斯品牌。

当发生碰撞时，技术上采用了降低驾驶员受碰撞程度的“吸收碰撞能量车身”，以及将驾驶员座舱空间变形控制在最小的“高强度驾驶室”，构成了“GOA安全车身”。

GOA车身技术为丰田独有，是以驾驶舱为安全特区，依据世界多数国家的安全基准，结合实际事故的发生状况，经反复碰撞实验后开发出的一种被动安全技术，包含高强度座舱、高效吸收动能车身及乘员约束系统等三个方面。

前两者保证车辆在碰撞时前车身的柔性结构吸收碰撞能量，并将其分散至车身各部位骨架，使驾驶室变形减到最小，确保驾乘人安全；约束系统在碰撞中将乘员牢牢约束在坐椅上，避免因激烈碰撞脱离坐椅而遭到伤害。

5.1.1硬防护派

 从人们的直观印象来说，车身钢板越厚越硬、车室结构越坚固，在发生事故时变形量也就会越小，安全性自然更高。

的确，同样尺寸的车在互相的碰撞中，“体重”往往具有优势。

在不少消费者心目中，以德国车为代表的欧洲车是“硬防护派”的代表。

欧洲车的造车理念与注重成本控制的日、韩系车不同，大量采用整块钢板一体冲压成型的部件，并安装了侧门双防撞板，其强度与焊接门不可同日而语，因此不少极端条件下的事故中，“硬防护派”车可能表现出实验室里无法测试出的牢固度，这其中当然有偶然的成分，也有那些百年老厂的经验与智慧的因素在其中。

5.2设备对汽车安全性能的影响因素

现代汽车工业的最新进展之一，就是大量的新电子设备被有效地运用到了汽车安全系统中。

以智能安全气囊为例，在普通气囊的基础上增加了传感器，可以探测出座椅上的乘员是儿童还是成年人，他们系好的安全带以及所处的位置是怎样的高度?

通过采集这些数据，由电子计算机软件分析和处理控制安全气囊的膨胀，使其发挥最佳作用，避免安全气囊出现无必要的膨胀，从而极大地提高其安全作用。

传统上气囊只能对车内乘员起保护作用，最新的汽车将更加注重人、车与环境的融合，因此对行人的安全保护也将成为汽车设计者考虑的因素之一。

有专家指出，未来的气囊可能会在保险杠上方沿着发动机罩的外形展开，在碰撞中能够为中、高身材的成年行人提供腹部和臀部保护，同时为儿童和矮小身材的成年人提供头部和胸部保护。

值得注意的是，随着科学技术的进步，软与硬的两派一直在互相靠拢，并与设备相互融合，三者的分歧也越来越小。

使得我们的安全系数更上一层楼！

本文着重分析了汽车安全影响的主要因素,汽车结构、碰撞吸能、主动装置介绍了最常见的防抱死系统，被动装置介绍了日系丰田车代表作GOA车身碰撞吸能技术对这些新技术的研究，新一代汽车安全发明的指南针。

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[10]高德荣.汽车维护与美容[M.北京：

机械工业出版社，2008.

致谢

本课题在选题及研究过程中得到杨一兰老师的悉心指导。

杨老师多次询问研究进程，并为我指点迷津，帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。

杨老师一丝不苟的作风，严谨求实的态度，踏踏实实的精神，不仅授我以文，而且教我做人，使我终生受益。

感谢杨老师对我的教育培养。

他们细心指导我的学习与研究，在此，我要向老师深深地鞠上一躬。

感谢我的同学三年来对我学习、生活的关心和帮助。