汽车碰撞过程人体响应的研究

本文在多刚体动力学Kane方法的基础上,推导了二维多刚体系统矩阵形式的动力学方程。用于一个具体的汽车乘员/座椅系统模型,计算了汽车正碰过程中人体的运动姿态、加速度、速度和位移响应,以及安全带的受力等特性。与试验结果比较,证明了理论计算的正确性。本文在实例计算的基础上,分析研究了系统参数变化对人体响应的影响以及安全带在汽车碰撞过程中对人体的保护作用。     

多刚体系统动力学及其在汽车动力学分析中的应用

本文介绍了一种适合于计算机模拟的多刚体系统运动学及动力学的分析方法。第一部分讨论了欧拉参数。与欧拉角(Euler Angles),布赖恩特角(Byrant Angles)这些常用的描述角方位的坐标相比较,欧拉参数有其独特的优点;第二部分建立了多刚体系统的约束方程、速度和加速度方程,并推导及列出了不同运动副相连两刚体的约束方程、雅可比矩阵及加速度方程右边项;第三部分建立了刚体及受约束多刚体系的运动方程;最后部分是应用实例。     

正面碰撞事故中车速推算的改进算法研究

鉴于目前在正面碰撞事故的车速推算中常用的经典算法,其计算结果常与实际情况存在差异,文中在分析刚体碰撞过程中两车的运动状态的基础上,建立了车辆运动微分方程,以推算肇事车碰撞前的行驶速度.实例验证表明:改进算法的计算结果比常用算法的结果更接近PC-CRASH的模拟结果.     

用于交通事故分析的汽车碰撞计算机模拟方法

应用非线性有限元结构分析软件对多种轿车正面碰撞的过程进行了计算机模拟.给出位移、速度、加速度、能量等特征参数的基本规律.指出汽车正面碰撞的变形与速度的关系为抛物线方程和轿车的分类方法,并给出其实用方程.将其应用于交通事故分析,为交通事故责任认定提供了理论依据.     

汽车碰撞过程中乘员冲击响应的分析方法及应用

应用多体系统动力学方法及动态显式有限元方法的混合方法，建立了碰撞过程中乘员冲击响应分析的有限元模型：采用四节点壳单元及刚体材料模型，接触搜寻采用一体化算法，接触力由罚参数法确定，接触界面的摩擦力由经典磨擦定律计算。仿真分析与台车试验结果的对比表明：应用我体系统动力学方程及显式时间积分格式，可以准确地计算出汽车碰撞过程中乘员的冲击响应。分析了五种减速度波形及五种典型结构的力——变形特性对乘员冲击响应的影响，证明了预变形控制结构及横向受压加撑圆管组合结构的大变形力学特性有利于碰撞过程中乘员安全保护的论断。     

汽车碰撞的二维人体运动学仿真及其在交通安全研究中的应用

本文论述了汽车被动安全性研究在交通安全中的重要地位，采有多刚体系统动力学中的Ｒ－Ｗ方法建立了二维人体模型，推导了多刚体系统矩阵形式的运动学工程，并在此基础上，开发了模拟汽车碰撞过程中人体运动响应的动画仿真程序，论证了计算机仿真技术在汽车被动安全性研究的有效性。     

行人与汽车碰撞中颅骨骨折损伤机理的虚拟实验研究

采用汽车-行人多刚体动力学模型,模拟行人与汽车碰撞中人体的动态响应过程,并计算头部与风挡玻璃碰撞接触瞬间的方位、速度和角速度等运动参数;然后将这些参数输入到先前建立并验证了的行人头部有限元模型HBM-head中,模拟头部与风挡玻璃和A立柱的碰撞过程,并分析与损伤相关的生物力学参数.结果表明,结合多刚体动力学和有限元分析的虚拟实验技术可进行碰撞事故重建和损伤机理分析,模拟颅骨骨折,计算分析颅骨在冲击载荷下的应力,并确立骨折损伤与应力参数之间的内在关系,从而为降低行人头部损伤风险,改进轿车安全设计提供依据.     

多刚体系统动力学在车辆平顺性建模中的应用

本文在多刚体系统动力学Ｓｃｈｉｅｈｌｅｎ－Ｋｒｅｕｚｅｒ方法和Ｒｏｂｅｒｓｏｎ－Ｗｉｔｔｅｎｂｕｒｇ方法的基础上，推导了三维车辆多刚体系统矩阵形式的动力学方程，为开发通用的车辆平顺性分析软件提供了理论基础。     

驾驶机器人换挡机械手刚柔耦合运动分析

为揭示换挡机械手连杆弹性变形对换挡位移和速度的影响,本文中进行了驾驶机器人换挡机械手刚柔耦合运动分析。首先在分析换挡机械手运动原理的基础上,建立了换挡机械手运动学模型,推导了换挡机械手运动学方程,通过运动学方程求逆得到了选挡和挂挡电机轴的位移。然后分别建立了换挡机械手的多刚体模型和刚柔耦合模型,并将选挡和挂挡电机轴的位移作为输入,进行换挡机械手两种模型运动学对比仿真,以分析换挡机械手运动轨迹和换挡误差。最后进行整车换挡位移和速度的仿真和试验,结果两者的趋势基本一致。     

人车碰撞交通事故中行人伤害程度仿真研究

为研究行人在人车碰撞交通事故中伤害程度的数量关系,应用PCcrash软件模拟100组车辆碰撞行人交通事故,获得行人头部和胸部的加速度和受力情况,计算头部HIC值及胸部3ms合成加速度值;并将碰撞时车辆速度、制动减速度、行人身高和体重作为变量,回归分析与头部HIC值及胸部3ms合成加速度值的关系,得到碰撞时行人伤害程度方程;通过实例验证方程的有效性较高。     

混凝土公路斜桥的动反应研究

随着车辆质量、速度的逐渐增大和桥梁结构的逐渐轻柔化，车桥相互作用问题越来越受到关注。分别应用拉格朗日方程和模态叠加法建立三维非线性车辆模型和桥梁的振动方程，车轮与桥梁在接触点满足接触力和位移协调条件，利用迭代技术求解二者的相互作用问题。并以公路斜桥为分析对象，研究了不同斜交角、不同车辆行驶状态下以及不同行车速度情况下，横向不同梁的动挠度和动态增量。结果显示，斜交角、车辆行驶状态以及车速均是影响桥梁动反应的重要因素；当车辆行驶速度在30、40km／h左右时，梁的动态增量达到最大；而且随着斜交角的增大，离车辆行驶位置越远的梁的动态增量也越大。     

钢管压扁吸能式减速护栏方案可行性研究

基于钢管压扁吸能机理,通过在组合式护栏的横梁上设置钢管吸能构件,设计出一种适用于雅泸高速公路连续长大下坡路段的减速护栏。根据计算机仿真分析结果可知,车辆贴靠碰撞减速护栏时钢管压扁变形,使车辆的动能转化为吸能钢管的内能,可有效降低车速。设置吸能钢管可减小组合式护栏的最大动态变形量和横梁变形范围,对组合式护栏的碰撞后维护是有利的,吸能钢管在车辆碰撞护栏过程中的性能表现可满足设计要求。     

超高车辆撞击下预应力混凝土空心板桥损伤机理及撞后承载力研究

为研究超高车辆撞击预应力空心板桥的损伤破坏机理及被撞主梁承载力的变化规律,建立精细的预应力空心板桥-双轴卡车碰撞有限元模型,其中车辆模型采用美国国家碰撞分析中心建立的标准双轴卡车模型,并用足尺模型试验结果对空心板桥模型承载力进行验证。分别考虑车辆速度、载质量、超高高度、撞击角度和混凝土强度等因素,采用显式动力分析软件LS-DYNA进行不同参数下超高车辆-桥梁的碰撞分析（共计13种工况）。研究结果表明：在超高车辆撞击作用下,桥梁整体位移和变形较小,空心板桥主要发生局部型损伤,碰撞区域混凝土剥落,部分普通钢筋及预应力钢筋外露甚至屈服退出工作,车辆的碰撞速度、碰撞角度以及结构自身的材料强度对于空心板局部损伤影响较明显;在不同车辆撞击参数下,被撞主梁的竖向抗弯承载能力损失水平都在15%以内,30°角为最不利的撞击角度,损伤结构的承载力下降达14%;混凝土强度为C30时空心板桥撞损后的承载力下降比例要大于C40及C50。在主梁预应力筋因撞击退出工作的情况下,被撞梁的竖向承载性能及变形刚度均明显降低,其中车辆撞击侧预应力底板束失效情况下,竖向承载力仅为损伤前承载力的65%;底板束和腹板束同时失效时,主梁在自重作用下出现整体垮塌。对于预应力空心板桥,需高度重视撞后预应力筋损伤破坏对主梁承载力的影响,在桥梁防撞设计中应予以充分考虑。     

Sideslip angle estimation considering short-duration longitudinal velocity variation

The accurate estimation of sideslip angle is necessary for many vehicle control systems. The detection of sliding and skidding is especially critical in emergency situations. In this paper, a sideslip angle estimation method is proposed that considers severe longitudinal velocity variation over the short period of time during which a vehicle may lose stability due to sliding or spinning. An extended Kalman filter (EKF) based on a kinematic model of a vehicle is used without initialization of the inertial measurement unit to estimate vehicle longitudinal velocity. A dynamic compensation method that compensates for the difference in the locations of the vehicle velocity sensor and the IMU in on-road vehicle tests is proposed. Evaluations with a CarSim™ 27-degree-of-freedom (DOF) model for various vehicle test scenarios and with on-road tests using a real vehicle show that the proposed sideslip angle estimation method can accurately predict sideslip angle, even when vehicle longitudinal velocity changes significantly.     

车辆与弯道混凝土护栏碰撞的动态数值模拟及试验

对车辆与弯道混凝土护栏碰撞动态数值模拟结果和实车足尺碰撞试验结果进行对比分析，从车辆行驶轨迹、乘员冲击加速度以及车辆损伤形态3个方面，验证了动态数值模拟的准确性，并分析了弯道混凝土护栏曲线半径对乘员碰撞过程中所承受冲击加速度的影响；得到乘员风险的最不利护栏半径。结果表明：有限元仿真是进行汽车护栏碰撞研究的有效方法；弯道处护栏的形式对碰撞时乘员的安全有很大影响。     

在用桥梁护栏安全性能改进方法研究

为探讨在用桥梁护栏安全性能改进方法,通过实际交通流的观测分析,确定了在用护栏安全性能的检验条件。利用力学分析和三维有限元模拟,确定了兼顾桥梁主体结构安全性和护栏防护性能的在用桥梁护栏安全性能评价方法。设计了具有双层护栏结构的在用桥梁护栏改造方案。结果表明:在用桥梁护栏的典型碰撞检验车辆应选择实际交通流中占有较大比重的车型或需要重点防护的车型,碰撞检验速度取实际交通流的85%位运行速度;在用桥梁护栏安全性能评价应包括防护性能评价和桥梁主体结构安全性评价两部分;内侧梁柱式护栏与外侧组合式护栏结合的改造方案可满足桥梁主体结构安全性要求,防护能力为SS级;在保证防护能力的前提下,可通过景观优化设计使改造后的护栏与环境景观相协调。     

基于驾驶机器人操纵的车辆起步质量研究

提出以车速跟踪偏差、冲击度、滑磨功为基于驾驶机器人操纵的车辆起步质量评价指标,选取发动机油门开度、离合器输出轴转速、离合器主从动轴转速差及离合器输出转速变化值作为起步过程控制参数进行车辆起步质量控制研究.确定了这些控制参数的控制规则,并提出了基于积分分离PID控制的起步离合器控制算法.试验结果表明,采用本文提出的起步质量控制策略与控制算法,可保证离合器接合过程中车速跟踪偏差不超过1.5 km/h、最大冲击度值为8.08 m/s3、起步时间约为1.5 s.     

Relationship between occupant injury and the perturbation mark on the velocity indicator on a cluster panel

A perturbation mark is occasionally produced on the velocity indicator of the cluster panel of a vehicle during a vehicle collision. This mark can be used to estimate the velocity of the vehicle at the moment of the vehicle’s impact. In this study, the effect of the impact velocity and the deceleration of the vehicle on the perturbation mark were investigated, and an analysis of the driver’s injury was also conducted through a numerical pulse representation and computer simulations. Sled and pendulum tests were used to replicate the conditions that produce a perturbation mark on the velocity indicator of a cluster panel. It was verified that a higher peak acceleration is more likely than the impact velocity to cause a perturbation mark. According to the computer simulation results, a driver’s injury could be more severe at higher peak accelerations with a constant impact velocity. If a perturbation mark, which can be used to estimate the impact velocity, is found while investigating a vehicle accident, this mark reveals that the acceleration was higher than that listed in the related crash report. Therefore, the injuries of the occupants could be more serious than those expected at the reported impact velocity.     

高速公路中央分隔带易开型防撞活动护栏碰撞仿真

针对目前国内高速公路中央分隔带开口处活动护栏所存在的安全隐患,提出了一种中央分隔带活动护栏型式,并建立了新型活动护栏的有限元模型。基于HYPERMESH与LS-DYNA软件平台,以HYPERMESH进行前处理,LS-DYNA作为求解器,采用1.5 t皮卡车和10 t货车的有限元模型,分别以侧向碰撞角度20°、速度100 km/h和碰撞角度20°、速度60 km/h为碰撞条件进行了汽车-护栏碰撞仿真。仿真结果表明,该活动护栏满足160 kJ碰撞能量的Am级防撞要求;三向加速度均不大于规定值20 g,最大动态横向位移均小于规定值1.5 m。此新型高速公路中央分隔带活动护栏可以有效地阻挡车辆,并且对车辆具有导向性,使车辆回到正确的行驶方向,在保障乘员安全同时还能减少对车辆的损坏。     

An analytical mathematical method for calculation of the dynamic wheel–rail impact force caused by wheel flat

The simplified method to determine a vertical impact force of wheel with flat and rail interaction is presented in this article. The presented simplified method can be used to identify maximum contact force and its distribution in the contact length between the damaged wheel and the rail. The vertical impact force depends on geometrical parameters of the rail and wheel with flat, speed of vehicle and the angle of deviation of rail. This article demonstrates the influence of wheel with flat geometrical parameters, speed of vehicle to maximum contact force and its distribution in the contact zone. The obtained values of the simplified method for determination of a vertical contact force are compared with the results obtained from field measurements.