小学校车正面碰撞下乘员约束系统安全性仿真研究

为研究小学校车乘员约束系统在校车正面碰撞中的保护效果,依据《专用校车安全技术条件》,开展校车30 km/h正面碰撞工况的台车试验;运用多刚体动力学分析软件MADYMO建立包括地板、前后排座椅、P型6岁假人与安全带的校车乘员正面碰撞仿真模型,对比仿真和试验结果,验证模型的准确性;分析座椅间距、靠背刚度、坐垫刚度及坐垫倾角对乘员伤害值的影响。仿真结果表明:当座间距小于590 mm时,6岁假人与女性假人的头部伤害指标均明显上升;坐垫倾角增加15°时,6岁假人头、胸伤害指标分别下降21.6%和33.4%,女性假人的颈部弯矩减小47%。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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.     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

大客车侧翻过程中约束系统对乘客安全影响*

为研究约束系统对客车侧翻过程中乘客安全的影响,在经过试验验证的某客车侧翻碰撞有限元模型上截取部分车身截段,建立“车身截段-约束系统-乘员”侧翻仿真模型,开展不同约束条件下乘员运动响应和损伤的综合分析及评价。结果表明:满足《客车上部结构强度要求及试验方法》（GB 17578—2013）法规要求的客车在侧翻过程中仍然可能对乘员造成较严重的头部损伤风险;主动预紧安全带能够在侧翻碰撞过程中,有效缓解乘员的头部和颈部损伤程度;胸部损伤值受不同约束系统影响较小。     

不同约束下乘员在车辆正碰中损伤概率预测

为减小乘员在车辆碰撞事故中的损伤概率,进而为降低事故严重程度提供理论依据,以车辆碰撞前后速度变化ΔV为自变量,根据头部和胸部的损伤公式,分析全重叠正面碰撞过程中乘员在安全带和安全气囊组合的4种约束条件下的损伤,将损伤数据与事故损伤判定标准——简明创伤分级标准(AIS)关联,预测乘员损伤等级为AIS3+的概率,并结合具体实例进行说明。结果表明:随着车辆碰撞前后速度变化ΔV增加,乘员损伤等级AIS3+的概率增大; 4种约束条件下,当ΔV小于20 km/h,AIS3+概率均低于10%;当ΔV处于20～60 km/h时,安全带和安全气囊同时约束对乘员的保护效果最好,其对应的AIS3+概率最低;当ΔV超过60 km/h时,约束系统对乘员的保护作用有限,4种约束条件对应的AIS3+概率均超过85%。故在碰撞之前,驾驶员应通过降低ΔV以及确保乘员受到安全带和安全气囊的共同保护,来减小乘员损伤概率。     

考虑异质性的翻车事故伤害建模

为深入分析影响翻车事故伤害程度的各项因素及其对不同受伤等级事故的影响,根据人、车、路、环境及事故5方面的安全因素,构建考虑异质性的翻车事故伤害混合logit模型;采用蒙特卡罗方法估计模型参数,并计算相应显著变量的弹性;通过显著性水平为5%的假设检验,从22个备选变量中确定混合logit模型的输入自变量。结果表明:驾驶员性别、年龄、安全带使用、安全气囊展开、甩出车外、酒驾、毒驾、偏离车道行驶、疲劳驾驶、采取错误避让措施、车辆类型、车辆行驶意图、路段类型、限速值、事故发生地、事故发生日期、不良天气、光线及路面条件与翻车事故伤害程度显著相关;年轻驾驶员与男性驾驶员群体对事故伤害程度的影响具有个体差异性。     

男性行人与SUV正碰后的运动形态及损伤研究

为降低人车正面碰撞事故中男性行人的损伤程度,利用放缩法建立我国50百分位男性身高168.5cm,体质量为50.5、65.5、75.5、80.5 kg等4种体型的男性行人模型;在MADYMO仿真分析环境中建立上述不同体型的男性行人与运动型多功能车(SUV)在不同碰撞速度、不同最大制动减速度下的正面碰撞模型,开展仿真试验,研究碰撞后男性行人运动形态和头部损伤情况。结果表明:碰撞车速决定碰撞后男性行人运动形态,且显著影响男性行人头部损伤来源;碰撞车速为30～80 km/h,男性行人头部损伤主要是与地面碰撞所致;碰撞车速大于90 km/h,男性行人头部损伤主要是与SUV碰撞所致;男性行人体型越肥胖,与SUV碰撞所致的头部伤害指标值(HIC)越小;最大制动减速度越大,男性行人与SUV碰撞所致的头部HIC值越小,头部与SUV碰撞时刻越晚。     

如何正确使用安全气囊？

安全气囊也被称为“辅助约束系统”,一般是由传感器、控制器以及气囊等基本部件组成。它是通过安装在车头的几组传感器感应车辆与外物的撞击度,以确定是否需要引爆气囊。当车辆遭受正面强烈的撞击时,它会在瞬间充气膨胀形成一个很大的气囊,让人可以趴在上面,从而避免受到伤害。其工作原理是当车辆发生碰撞时,控制模块对信号作出处理,确认发生碰撞的严重程度已超出安全带的保护能力,于是迅速释放气囊,使乘员的头、胸部直接与较为柔软有弹性的气囊接触,从而通过气囊的缓冲作用减轻乘员的伤害。     

基于改进粒子群算法的儿童防护系统优化

为保障儿童乘车安全，采用改进多目标粒子群算法优化儿童约束防护系统。首先，开展40%偏置碰撞的台车试验，验证儿童座椅台车试验仿真模型的有效性，建立儿童安全气囊模型；然后，建立防护系统参数与儿童头部、胸部损伤指标的二阶响应曲面模型，融合遗传算法的交叉变异和精英保留策略，提出改进的多目标粒子群算法，并验证改进算法的有效性；最后，利用多目标模糊优选决策算法获得系统设计参数的最优值，结合台车试验仿真模型，验证优化模型及算法的有效性。结果表明：模型的最优值兼顾对儿童头部和胸部的防护；遗传算法和粒子群算法的融合算法，可提高模型的收敛速度。     

基于事故深度调查的城市交通事故特征分析

为探索适合我国的事故数据深度采集标准,并分析城市道路交通事故特征及致因,基于《道路交通事故深度调查信息采集表》(简称采集表),调查人员随交警赴事故现场随机详细调查87起城市道路交通事故。借鉴"Haddon Matrix"思想建立致因分析矩阵系统,分析事故的致因。发现采集表对事故地点、事故形态及原因项分类更加具体、明确,女性驾驶员的事故发生率略低于男性驾驶员,驾驶员年龄超过60岁后,发生事故的危险性显著提高,"交叉口影响区"事故50%由变更车道引起,非机动车驾驶员未戴安全头盔是造成严重伤害的重要原因。