基于乘员风险期望值的混凝土护栏安全性能评估

针对道路交通的实际情况，将车辆与混凝土护栏碰撞时车辆的入侵角视为具有一定概率分布的随机变量，提出了用于评估车辆与交通安全护栏碰撞过程中乘员风险的新概念——乘员风险期望值，并以一个优化算例简要说明了新概念对混凝土护栏安全性能评估的影响。     

护栏端头事故分析与解决方案

为降低车辆碰撞护栏端部事故严重性,通过事故形态分析,提出护栏端头碰撞条件与评价标准,并给出解决方案。结果表明,小型车碰撞护栏端头易造成乘员严重伤害,应采用小型车对护栏端头进行安全评价;卷板式护栏端头通过卷曲波形梁板吸收车辆动能,碰撞方向加速度为12.5 g,可有效防护小型车100 km/h正面碰撞;吸能箱式防撞垫通过结构变形吸收能量,小型车60 km/h正面碰撞加速度最大为10.7 g,侧面碰撞加速度最大为16.1 g。研究成果对护栏端头安全设计和标准完善有指导作用。     

新型刚性护栏防撞性能的数值模拟

为了验证在车辆与护栏的碰撞过程中,通过改造标准F型混凝土刚性护栏截面形式来改善其防撞性能的可能性,开发设计了IF型刚性护栏,并引入Ford F800车型在ANSYS/LS-DYNA软件环境中进行碰撞仿真分析.数值模拟结果表明:混凝土刚性护栏截面形式的改变对碰撞过程的影响显著,IF型刚性护栏结构具有更好的车辆导向性和乘员安全性;通过改造混凝土刚性护栏截面形式来改善其防撞性能的做法是可行的;给出的IF型刚性护栏的设计图可为进一步的实车碰撞试验提供参考依据.     

汽车与不同形式高速公路护栏碰撞的试验研究

汽车与高速公路护栏碰撞事故中,护栏不仅有拦截、导向作用,还要有良好的缓冲吸能特性,以减小由于乘坐空间过度变形以及人与车内物体二次碰撞对乘员的伤害。通过实车与两种不同形式护栏的碰撞试验,研究车辆、护栏碰撞中的动态响应,分析护栏、汽车和乘员的特性以及相互关系;护栏的不同结构形式与安装方式对乘员的安全性的影响,为高速公路护栏的设计、施工以及在不同地点的设置提供有益的借鉴。     

半刚性三波护栏与客车碰撞的仿真分析

针对高速公路广泛使用的半刚性波形护栏建立“汽车-护栏”有限元模型,分析模拟BHI型防阻块三波护栏与客车的碰撞过程,并从护栏结构的完整性、乘员风险指标和车辆轨迹三个方面研究三波护栏对客车的防御能力。结果表明,BHI型三波护栏对客车有良好的防御与导向能力,充分发挥了护栏的作用。整个仿真过程与实际情况基本相符。应用有限元法进行护栏与车辆碰撞仿真模拟不仅具有重复性强的优点,还可以提供试验所无法得到的结果。     

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。     

汽车与波形梁护栏碰撞的仿真研究

对标准的路基压实土中圆形护栏立柱与土基的相互作用进行了模拟,在此基础上,基于非线性有限元软件LS-DYNA建立了波形梁护栏的有限元模型。在相同的碰撞条件下,对混凝土基础中和土基中护栏的碰撞安全性进行了仿真研究。结果表明,车与土基中护栏碰撞时对乘员造成的伤害值小于车与混凝土基础中护栏碰撞所造成的伤害值。     

基于加速度严重指数的公路路侧危险度评估

为了定量评估二、三级公路路侧危险程度,以确定路侧护栏防护等级,并为制定安全改善方案提供依据,提出了一种基于乘员风险的路侧危险分级新方法,乘员风险指标采用加速度严重指数(Acceleration Severity Index,ASI)表征；利用软件VPG3.2和LS-DYNA971,选择5类典型路侧障碍物、2类护栏和15种路堤边坡组合,针对小客车、大客车和大货车开展了59组碰撞仿真试验,获取碰撞过程中车辆重心纵向、横向和竖向的加、减速度曲线,进而得到ASI序列样本；采用Fisher最优分割算法确定了路侧危险度合理分级数和各级所对应的ASI阈值.结果表明:5类路侧障碍物中,F形混凝土护栏端部对车辆和人员伤害最严重,其他依次为树木、突出山石、标志立柱和路侧边沟；当路堤边坡高度超过4 m且坡率陡于1∶1时,车辆坠入边坡的损伤严重度将超过碰撞二波波形梁护栏,与碰撞F形混凝土护栏相当.     

自动紧急转向导致斜角碰撞的一体化仿真分析

在前方道路突然出现障碍物的危急情况中，车辆采用自动紧急转向来避障，由于情况紧急，车辆在转向过程中仍可能与其他道路参与者发生碰撞事故。当车辆采用自动紧急转向避让道路前方路口突然闯入的车辆时，与对向来车发生斜角碰撞，由此，对该特定场景的转向-碰撞全过程进行一体化仿真，分析乘员在转向阶段因车辆横摆和侧倾运动引起的离位现象以及离位在碰撞过程中对乘员的动态响应和损伤造成的影响。首先，建立由自动紧急转向导致的斜角碰撞场景；其次，在该场景中，确定车辆在最小避障距离内的紧急变道路径，并计算车辆和乘员在变道过程中的动态响应；碰撞事故发生时刻选取为本车在紧急转向过程中易与对向来车发生碰撞的时刻，且在该时刻乘员具有较大潜在损伤风险；然后，在时域上结合车辆转向阶段和碰撞阶段的运动响应，将其作为整体输入，对乘员在全过程的动态响应进行一体化仿真；最后，分析离位对乘员损伤的影响规律以及影响因素。研究结果表明：紧急转向会导致乘员产生明显的横向离位，降低了约束系统对乘员的保护效果，致使乘员头部和颈部在碰撞中的人车相对运动速度和相对位移明显增大；横向离位使得乘员头部偏离安全气囊中央区域，降低了安全气囊的保护作用；这2个因素导致了乘员头部损伤评价指标H_HIC36增加7.20倍，颈部损伤评价指标N_ij增加2.32倍；乘员头、颈部损伤具有随横向离位程度减小而减小的趋势。     

汽车与护栏碰撞立柱绊阻机理及防止措施

为研究汽车与公路护栏的碰撞安全性,按照国家公路护栏标准建立了波形梁板护栏的有限元模型,采用某款车型构建了汽车-护栏碰撞仿真模型,从车辆的运行轨迹、车辆质心加速度、护栏最大动态变形量和护栏各部件的吸能性对护栏进行分析,发现立柱对车轮的绊阻使车辆质心加速度超过了国家标准限值,对车内乘员的安全造成严重威胁。分析了立柱绊阻的机理,并设计了填充型立柱和N型弯曲立柱,通过仿真验证了两种改进立柱能明显改善汽车-护栏碰撞安全性。最后利用正交试验研究了护栏板厚度、立柱间距、立柱厚度和立柱结构对汽车-护栏碰撞安全性的影响,选取了最优参数组合。仿真验证的结果表明,经优化的护栏可有效避免或减少立柱绊阻,提高了护栏的碰撞安全性。     

正面碰撞波形对乘员伤害值的影响

基于能量守恒原理,将复杂的实车碰撞波形简化成参数化的两阶等效波形。通过改变两阶等效波形中的特征参数,研究不同碰撞波形对乘员胸部加速度的影响。计算结果表明,通过合理控制碰撞波形和侵入量,可以有效降低乘员胸部加速度。     

燃料电池汽车正面碰撞安全性研究

燃料电池汽车在结构上有别于传统汽车,其碰撞安全性尤应关注.文中重点对燃料电池汽车结构特点进行研究,建立燃料电池汽车正面碰撞有限元模型,运用LS-DYNA仿真确定车辆安全性能设计方案.同时根据燃料电池汽车的特点阐述了对其碰撞试验方法的思考.通过实车正面碰撞试验,验证了车辆结构改进设计的效果.     

面向C-NCAP的轿车乘员约束系统性能改进研究

以C-NCAP评价为目标,利用MADYMO仿真技术对某乘用车乘员约束系统进行改进,并通过实车碰撞试验验证改进方案的效果.仿真与试验的结果表明,改进方案显著提高约束系统的性能,增强了其在碰撞过程中对乘员的保护效果.     

Development and validation of side-impact crash and sled testing finite-element models

Side-impact collisions are the second leading cause of death and injury in the traffic accidents after frontal crashes. Side-impact airbags, side door bars and other protection techniques have been developed to provide occupant protection. To confirm the effectiveness of protection equipment installed in vehicles, studying the degree of impact is fundamental to understand the effect of automobile collisions on the human body. Therefore, the dynamic response of the human body to traffic accidents should be analyzed to reduce the level of occupant injuries. Generally, the experimental method is complex and expensive. Recently, numerical crash simulations have provided a valuable tool for automotive engineers. This work presents full-scale and sled side-impact test finite-element (FE) models - based on the Federal Motor Vehicle Safety Standard No. 214 - that simulate a side-impact accident. The crash simulations utilized the LS-DYNA finite-element code. The human body's dynamic response to crashes is discussed herein. Additionally, occupant injuries were measured. To verify the accuracy of the proposed crash test and sled test FE models, simulation results are compared with those obtained from experimental tests. The comparison results indicate that the proposed crash test and sled test FE models have considerable potential for assessing a vehicle's crash safety performance and assisting future development of safety technologies.     

高速公路护栏结构防撞特性的计算机仿真研究

针对高速公路的波形防护栏,在材料总重量保持不变的情况下,研究不同结构形式下撞击特性,通过计算机对撞击过程的进行动态仿真,对小型乘用车与波形护栏的撞击轨迹和能量吸收进行了分析,结果显示出2半波与4半波防护栏在撞击能量的吸收方面存在较大差异,其结论对防护栏的制造和设计提供依据.     

基于尖顶等效方波的客车正面碰撞安全性结构优化

车体结构正面碰撞的加速度与乘员损伤之间存在着密切的联系。根据实际的碰撞加速度曲线的特点，建立“尖顶等效方波”模型，研究尖顶等效方波的特征参数影响人体损伤响应的规律，从而指导客车正面碰撞安全性的结构优化。     

正面碰撞中假人伤害分析及安全性改进研究

论文了研究了正面碰撞中假人的运动过程及头部、颈部、胸部与下肢部位的伤害机理与考核指标,这些指标反映了车身碰撞特性、乘员约束系统特性及两者间的匹配这三个方面的综合性能,并针对车身耐撞性能、车身B柱曲线特性及转向系统、安全带与气囊等约束系统对假人的伤害影响进行了详细的分析。基于上述分析对一款新开发车型的安全性现状进行分析并逐步做出改进方案。通过零部件试验、滑车试验及实车验证试验证明分析及改进方案的有效性,本研究对车型开发设计及安全性能改进具有一定的指导意义。     

Dynamic model for automotive side impact crashes

A rigid body model to represent a side impact crash is constructed using five degrees-of-freedom (dof) for the vehicle and three dof for each occupant in the vehicle. Nonlinear stiffness and damping elements and the presence of physical gaps between several components make the model highly nonlinear. The model is validated using experimental crash test data from a National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA) database. To simplify the parameter identification process and reduce the number of parameters to be identified at each stage, a two-step process is adopted in which the vehicle is first assumed to be unaffected by the presence of the occupants, and its model parameters are identified. Subsequently, the parameters in the occupant models are identified.

The active set method with a performance index that includes both the L₂ and L_∞ norms is used for parameter identification. A challenge is posed by the fact that the optimisation problem involved is non-convex. To overcome this challenge, a large set of random initial values of parameter estimates is generated and the optimisation method is applied with all these initial conditions. The values of parameters that provide the minimal performance index from the entire set of initial conditions are then chosen as the best parameter values. The optimal parameters values thus identified are shown to significantly improve the match between the model responses and the experimentally measured sensor signals from the NHTSA crash test.     

汽车碰撞安全与轻量化研发中的若干挑战性课题

汽车结构与动力电池的碰撞安全性是开发轻量化、电动化汽车的强制性要求和关键基础性支撑技术。通过3个方面的10个典型课题及研究结果，介绍并综述了汽车碰撞安全性研发的技术挑战。第一，采用夹层式汽车前舱罩盖技术，提升罩盖结构力学特性的横向均匀性以及冲击响应历程的均匀性，满足汽车吸能位移限定下的行人头部碰撞响应控制；采用精细人体有限元模型解析复杂工况下行人下肢损伤机理和影响参数，基于人体组织损伤层面的虚拟评估改进汽车结构的人体碰撞保护设计；面向复杂道路交通事故工况和多样化人体特征，解决强非线性条件下的自适应乘员智能保护系统优化设计难题，通过在时间和空间上对乘员约束载荷的均衡化实现针对工况可调的碰撞保护。第二，揭示材料冲击测试中系统共振导致信号振荡和材料屈服放大振荡的机理，开发抑制信号振荡的轻质动态力传感器；精细表征材料在碰撞载荷和复杂应力状态下的力学行为，针对高强钢、塑料、胶粘和焊点等轻质高强材料及复合连接接头建立大变形失效断裂预报方法及仿真模型。第三，基于动力电池多工况挤压试验，建立电池在外载荷作用下的材料失效、电压陡降与温度上升的响应特征关联性，提出用力学响应特征预测电池内部损伤起始和短路发生的判据，解决电池在机械滥用载荷下的短路预测问题，建立能准确预测电池变形响应的数值模型及碰撞安全评估方法，并应用于电池包和电动车的轻量化与碰撞安全性设计。     

汽车正面碰撞中驾驶员侧约束系统的可靠性优化

采用MADYMO仿真分析软件建立了某车型正面碰撞的驾驶员侧约束系统仿真模型;针对原始模型因假人碰撞转向盘造成的计算结果的不连续性,通过修正模型提高了乘员损伤值响应面的精度;考虑了系统中存在的随机性,对安全气囊和安全带的主要参数进行了可靠性优化,有效减小了正面刚性墙碰撞中假人的损伤值,并使乘员约束系统满足可靠性的设计要求...