校车儿童乘员约束系统的参数优化研究

为预防校车正面碰撞对儿童乘员的伤害,有必要分析和优化校车儿童乘员约束系统(CRS)参数。首先利用多刚体动力学分析软件(MADYMO),建立包括地板、前后排座椅、安全带与6岁儿童假人在内的校车乘员正面碰撞仿真模型。根据某型客车实车试验结果,验证模型的有效性。通过分析CRS参数的灵敏度,确定主要影响参数。采用正交试验的设计方法进行主要影响参数的正交优化;应用极差分析方法,得到一组最佳水平组合数据;对改进后的模型进行仿真计算,并与原模型比较。结果表明,经过优化的CRS能使6岁乘员的头部和胸部伤害指标都下降20%左右,并使伤害曲线变得更加平缓。     

校车儿童安全气囊安全性仿真分析

为提高校车乘员约束系统在正面碰撞中对儿童乘员的保护效果,提出一种新型主动式校车儿童安全气囊。运用多刚体动力学分析软件MADYMO建立包括地板、前后排座椅、安全带与第5百分位女性假人在内的校车乘员正面碰撞仿真模型,通过台车试验结果验证模型的准确性。在此基础上,建立主动式安全气囊模型,研究其对12岁和6岁乘员的保护效果。用正交试验方法,分析气囊设计参数,针对12岁乘员进行气囊优化。结果表明:头部气囊的厚度及排气孔大小对乘员伤害影响最大。与原始约束系统相比,经优化后的气囊使12岁乘员的头部、胸部和颈部伤害分别下降84.5%,19%和84.3%,同时加装气囊对6岁儿童也有一定的保护效果。     

可翻转坐垫参数优化代理模型的构建及其比较

针对汽车发生正面碰撞时,后排乘员由于没有安全气囊保护而受到严重伤害的高概率问题,提出用可翻转座椅坐垫保护后排乘员的构想。基于宝腾汽车公司的某A级车,采用非线性有限元软件LS-DYNA建立后排乘员约束系统的仿真模型,对比仿真与实车碰撞试验结果,验证模型的有效性;并在此基础上加入可翻转坐垫,设置坐垫翻转参数。采用Isight软件,通过代理模型方法,建立坐垫翻转参数与乘员伤害指标的数学关系,比较利用响应面法(RSM)和Kriging法所构建的两个代理模型与仿真模型的差值,综合考虑翻转参数对假人伤害指标的影响。结果表明,对于该乘员约束系统,利用Kriging法构建的代理模型有效性较高,各项伤害指标误差均值均低于RSM模型。     

校车3点式安全带肩带固定点位置优化

为研究校车3点式安全带肩带上部有效固定点布置位置对12岁儿童乘员损伤的影响,在多刚体动力学软件(MADYMO)中建立包括校车地板、前后排座椅、安全带和假人的校车正面碰撞工况下的约束系统模型。利用一款经过验证的校车模型进行仿真试验,通过正交试验方法优化肩带上部有效固定点位置,研究安全带对12岁儿童乘员的保护效果。结果表明,肩带上部有效固定点位置高度接近12岁儿童肩部高度,对其位置正交优化后,根据儿童完全伤害评价指标(WIC)选出的最佳位置为(-0.197,0.024,0.52),相较于2点式安全带,采用该位置的3点式安全带对应12岁儿童的头部伤害指标(HIC15)降低84.8%,颈部伤害指标(Nij)降低68.9%,胸部压缩量(THPC)虽升高了271.5%但仍在标准限值内。     

正面40%偏置碰撞中约束系统对女性驾驶员的保护研究

为提高正面40%偏置碰撞中女性驾驶员安全性,利用仿真软件MADYMO建立包括驾驶员座椅、转向系统、安全气囊、男性假人、安全带等在内的男性驾驶员约束系统模型,并经试验验证;然后参照2015版欧洲新车评价规程,调整驾驶员座椅位置,并用女性假人代替男性假人,建立女性驾驶员约束系统模型;最后利用女性驾驶员约束系统模型,分析驾驶员约束系统参数对女性驾驶员伤害的影响。结果显示,缩短转向柱长度,将使头部与胸部伤害降低,但使颈部伸张弯矩增加;当气囊4点钟、8点钟、12点钟拉带长度分别为180,180,270 mm时,头部伤害指标较原始值上升25.50%;当安全带限力等级由5.0 k N降至2.5 k N时,胸部压缩量降低14.44%。     

大客车正面碰撞乘客约束系统仿真分析

为探究约束系统在全承载客车正面碰撞事故中对乘客损伤的影响,利用有限元分析软件LSDYNA建立某大客车正面碰撞仿真模型,并开展整车50 km/h正面100%重叠碰撞固定刚性壁障试验;从车身变形、加速度曲线和乘员损伤等3方面验证仿真模型;基于已验证的仿真模型,开展不同座椅间距、车厢位置及安全带类型的乘员运动响应和损伤等综合分析与评价。研究结果表明:不同位置车身加速度波形整体趋势相似,但具体峰值和出现时刻存在差异;增大座椅间距和主动预紧安全带能够有效降低降低头部损伤值,而颈部损伤则随之增大;乘客胸部损伤值和大腿力受主动预紧安全带、座椅间距和车厢位置影响不大。     

微型轿车乘员约束系统设计参数与人体损伤关系研究

在微型轿车正面碰撞过程中,乘员容易受到严重伤害,优化乘员约束系统对于乘员的保护极其重要.综合利用LS-dyna、VPG等软件,建立了包含Hybird Ⅲ 50th假人、坐椅、安全带和转向系统在内的某微型轿车约束系统模型.针对约束系统中的安全带织带刚度、卷收器锁止特性、安全带上挂点位置、坐垫刚度等敏感设计参数进行了碰撞过程的仿真计算,并给出了相应的乘员响应曲线和人体损伤值,同时总结出约束系统设计参数与乘员保护有效性间的规律.基于加权损伤准则,对约束系统进行了优化,使WWIC降幅达21%,提高了约束系统的保护性能.该规律可以应用于其他车型的乘员约束系统.     

偏置碰撞中轿车左后排乘员损伤的研究

为识别轿车正面偏置碰撞中后排左侧乘员的损伤特点,开展模拟研究。利用HyperMesh有限元软件,建立包含有限元轿车、可变形壁障及假人的基础模型1,并在基础模型1上为假人添加三点式安全带,建立模型2,在模型2基础上为假人创建侧气囊,建立模型3;采用Ls-Dyna软件求解计算,并应用HyperGraph软件分析不同重叠率偏置碰撞下假人的损伤情况;对比基础模型1、模型2、模型3仿真试验的假人损伤情况,分析不同约束系统对左后排假人的保护效能。结果表明:随着碰撞重叠率增大,左后排乘员头部和胸部的加速度峰值均相应减小;碰撞重叠率在试验范围内变化时,颈部所受合力的峰值波动较小;使用安全带能显著降低乘员的损伤;侧气囊对乘员胸部有保护作用。     

约束系统对不同体型女性驾驶人的保护研究

为提高轿车正面碰撞中约束系统对不同体型女性驾驶人的保护效果,依据美国国家高速公路交通安全管理局(NHTSA)的一例实车碰撞试验数据,基于Madymo软件建立有效的驾驶侧仿真模型。利用人体放缩法建立符合中国成年女性身体尺寸的第5、50和95百分位的女性驾驶人模型,以正交试验法进行仿真试验,研究转向管柱倾角、座椅高度、安全带上挂点高度、座椅靠背倾角以及气囊点爆时间等参数的匹配对女性驾驶人损伤的影响。结果表明:女性驾驶人体型越高大,其整体损伤(WIC)值越低;约束系统模型优化后,能明显降低小身材和中等身材女性驾驶人WIC值。     

多种儿童坐姿下预充气式安全气囊优化设计

为提升校车正面碰撞中预充气式安全气囊对6岁儿童乘员的保护功效，开展参数分析及优化设计研究，基于台车试验，构建、验证校车仿真模型；搭建校车-预充气式安全气囊耦合模型，面向正常坐姿(NP)、前倾坐姿(OOP₁)与右倾坐姿(OOP₂),探究气囊设计参数对儿童头部伤害指标(HIC)、胸部3 ms合成加速度a_3ms的影响特征。结果表明：当上部拉带长度增加时，气囊上部包形体积增大，HIC明显下降。中部拉带长度决定中下部包形的外部轮廓，安装点高度影响儿童与气囊的接触位置及时刻。NP与OOP₂下，当中部拉带由0.29 m减少至0.26 m时，a_3ms逐渐降低；当安装点高度上升时，HIC随之升高。减小、增大泄气阀的开启压力与开度，有利于头胸部保护。基于改进型第二代非支配排序遗传算法，以加权伤害指标为优化目标，权衡确定主要设计参数的最优配置。具备最优配置的预充气式安全气囊能够高效保护6岁儿童乘员。     

正面碰撞事故中大客车乘员损伤影响因素分析

为研究乘客在大客车正面碰撞事故中的损伤机理，建立某全承载大客车有限元模型，并通过试验验证有限元模型的仿真精度。基于验证模型对不同碰撞速度条件下大客车车身结构力学响应、生存空间、座椅固定件强度、乘员运动响应和损伤等进行综合分析及评价。结果表明:高速碰撞条件下，驾驶员生存空间容易被侵入，座椅固定件强度存在失效的风险；乘员头部、颈部和胸部的损伤值受碰撞速度、安全带类型和乘员位置影响较大；三点式安全带保护效果明显优于两点式安全带。     

轿车斜角碰撞后排左侧乘员损伤仿真研究

为降低后排左侧乘员在轿车60°斜角碰撞刚性壁障时的损伤程度,利用Presys建立有限元轿车、刚性障碍壁和假人整体模型,经Ls-Dyna求解计算后用Presys有限元软件分析30、40、50 km/h车速下的后排左侧乘员损伤情况。结果表明:随着碰撞车速的增高后排左侧假人头部加速度和颈部受力增大;碰撞车速为40 km/h时假人头部Y轴加速度比其他2种碰撞车速大;假人胸部加速度及加速度增幅随着碰撞车速的增加而增大。     

汽车正面碰撞中驾驶人坐姿对其损伤影响研究

为研究汽车正面碰撞时驾驶人坐姿对其损伤的影响,根据实车碰撞试验数据,建立车辆驾驶舱-驾驶人-约束系统的MADYMO仿真模型,并予以验证。利用仿真模型开展车速为56 km/h的100%正面碰撞试验,将假人定位并调整其参数,分析驾驶人碰撞前的8种典型姿态对其碰撞后损伤风险的影响,并对比头部损伤值(HIC)、胸部连续3 ms损伤值、胸部压缩量以及颈部、腿部的受力情况。结果表明,碰撞时驾驶人的坐姿对身体各个区域的损伤风险有较大影响;驾驶人碰撞时的纵向位置对其损伤风险影响最显著。     

带乘员及约束系统汽车正面碰撞的有限元法仿真研究

采用计算机模拟的方法,对国产某轿车发生正面碰撞时,乘员在佩带三点式安全带的约束状态下的运动响应进行研究,从乘员的运动响应情况、乘员舱的变形情况、假人的HIC值等几个方面分析了该车型的乘员保护安全性能.模拟结果表明,该车达到了安全法规的要求.并探讨了运用有限元法对带乘员及约束系统的整车正面碰撞的计算机模拟方法.     

校车正面碰撞下儿童胸部骨骼局部应力应变分析

为深入研究儿童胸部骨骼损伤机制,考察正面碰撞下校车3点式安全带约束系统对儿童乘员的保护效果,采用带胸部生物力学模型的6岁儿童人体模型与已验证校车正碰工况模型,分析碰撞过程中安全带肩带作用下胸部骨骼的动态响应。在胸部中心区域选取局部参考点,计算不同外载加速度下各参考点内外侧产生的应力应变,对比分析其曲线形态、峰值大小、内外侧差异以及随外载荷变化率。结果表明:胸骨与肋骨前端应力应变明显大于其他损伤部位,且内侧大于外侧;肋骨前端应变峰值在外载加速度较大时超过失效阈值,是该工况下骨折危险区域;肋骨腔侧面内侧危险程度其次,肋骨腔侧后方受力较小。     

汽车后排座椅侧气囊仿真系统参数优化研究

为提升侧面碰撞中后排乘员胸腹部保护效果,在国内某款汽车原有侧面碰撞系统模型基础上,构建后排座椅侧气囊(RSAB)仿真试验模型,通过各项零部件试验与气囊模型对标后导入侧面碰撞系统试验模型;分析RSAB及气帘对后排被试的保护性能,针对胸腹部损伤防护优化侧面气囊相关参数,设计正交试验,运用极差分析法,得出最优参数组合,并对比优化前后结果与实车试验数据,验证优化方案的有效性与可行性。研究结果表明:通过选取关键参数,结合正交试验设计和极差分析法,对胸部气囊的泄气孔直径、位置以及点火时刻进行参数匹配优化,得到座椅侧气囊防护最优参数组合为泄气孔位置在上方、点火时刻为5 ms、泄气孔直径为25 mm,胸腹部压缩量可分别降低21.29%和18.93%。     

汽车-护栏系统耐撞性研究的有限元模型

为了建立汽车及公路护栏组成的复杂系统的耐撞性分析模型,基于VPG与LS-DYNA软件平台,应用标准化建模方法,即通过设定建模原则,在充分利用VPG内置的标准模型数据库如悬挂、轮胎、假人、安全带等各种模型的基础上,采用分块建模法,分别建立汽车、护栏、座椅模型,定义好各自内部的接触;并利用VPG的“export”功能,生成各自的DYN文件;再利用生成的DYN文件,就可组合出汽车-护栏系统耐撞性研究的各种中间环节的有限元模型,最终实现“汽车-护栏-乘员-座椅-安全带”系统模型的一体化。仿真分析与试验结果的对比表明,笔者建立的模型具有足够的可信度,适合工程应用,并给出了一个应用示例。     

副级吸能机构对客车-轿车正面碰撞影响的分析

为解决客车与轿车在纵梁高度吸能位置正面碰撞不兼容的问题,设计一种客车前部副级吸能机构。利用三维显式有限元分析软件LS-DYNA 3D,建立轿车Taurus和中型客车6900Y面对面100%重叠碰撞下的数值仿真模型。研究副级吸能机构对解决汽车前部吸能高度不兼容问题的影响,对比分析2车正面碰撞过程中轿车方向盘侵入量、侵入速度和客车车门变形量、乘员头部位置加速度。结果表明:未装副级吸能机构时,轿车方向盘侵入速度和Z方向侵入量较大,容易发生钻碰现象;客车前部副级吸能机构能降低轿车方向盘的侵入量和侵入速度,同时能减小客车驾驶室车门变形量,降低乘员头部位置加速度。     

人车碰撞中行人大腿保护研究

研究提高人车碰撞中行人大腿的保护性能的方法。首先对大腿伤害机理,伤害评价指标以及车辆自身结构进行阐述和研究,总结车辆前端结构的关键参数;对某车型的前大灯进行结构改进,按照欧洲新车安全评鉴协会(Euro NCAP)行人大腿保护的试验评价方法,改进后进行碰撞试验;建立装有发动机罩安全气囊的整车仿真模型,验证安全气囊对行人大腿的保护性能。经过试验和仿真可以得出:车辆前大灯结构刚度改进和发动机罩安全气囊可以改善行人大腿的保护性能。     

骑车人躯干姿态对头部损伤影响研究

为研究电动二轮车与SUV正面碰撞事故形态中,骑车人头部损伤指标(HIC)与躯干横摆角、前倾角及参与方碰撞速度的关系,基于MADYMO软件验证后的运动型多用途车(SUV)与电动二轮车多刚体模型设计仿真试验。结果表明:骑车人HIC值随躯干横摆角的增大逐渐减小;电动二轮车车速不超过15 km/h或SUV车速超过50 km/h时,骑车人HIC值随躯干前倾角的增大逐渐减小;电动二轮车车速超过15 km/h或SUV车速不超过50 km/h时,骑车人HIC值随躯干前倾角的增大先增大后减小;提前同时增大骑车人躯干横摆角和前倾角可降低骑车人头部损伤程度。