基于OLC拐点的车体结构较优设计

基于OLC理论,研究了正面碰撞中车体结构设计与乘员损伤的关联性.基于56 km/h正面刚性壁障(Frontal Rigid Barrier,FRB)碰撞工况,通过二阶波简化得到一阶加速度a1、二阶加速度a2、动态位移D三个车体结构设计指标.分析了不同车体结构设计指标与OLC的关系,发现在D不变的情况下,当a1≤215....     

车辆正面碰撞中乘员舱结构耐撞性研究

从安全角度考虑乘员舱是乘客的生命舱。利用HperWorks软件建立乘员舱正面碰撞仿真模型,依据乘员舱内部三维空间压缩量、左侧门框变形量、B柱加速度三个指标,分析乘员舱在正面碰撞中的耐撞性能。结果表明:在正面碰撞中,乘员舱在X轴方向、Y轴方向、Z轴方向最大压缩量分别是233.66mm、49.67mm和222.61mm,三维空间压缩量在允许范围内,但在X轴、Y轴方向仍有优化空间。从左侧门框变形量、B柱加速度变化曲线分析,乘员舱的耐撞性能也符合C-NCAP的要求。     

正面碰撞条件下驾驶员安全气囊的匹配优化

为实现正面碰撞条件下驾驶员安全气囊的匹配优化，建立了某小型纯电动汽车的安全气囊有限元模型及其简化乘员约束系统模型，利用静态展开试验验证了模型的准确性，通过对安全气囊的气体质量流量缩放率、点火时刻等 7 个参数对乘员加权伤害指标（WIC）的灵敏度进行分析，确定了气囊主要优化参数。设计三因素七水平的正交试验，考察优化参数对 WIC、头部伤害指数（HIC）、胸部 3 ms 合成加速度及胸部压缩量的影响等级，利用极差分析确定气囊初步及局部匹配时参数调整优先顺序。构建气囊变量与 WIC 的高阶多项式代理模型，确定了气囊最优参数组合。结果表明，优化后 WIC 下降14.92%，乘员保护效果明显提高。     

基于DOE的儿童乘员约束系统约束路径优化

为优化安全带固定式儿童乘员约束系统(CRS)安全带设计,用"试验设计方法(DOE)",优化约束路径参数。用CRS有限元模型,建立Hybrid III 3岁儿童假人正面碰撞仿真模型,用台车试验结果进行了验证。改进了CRS骨架结构,用正交试验设计,研究安全带导向环固定位置、骨架座椅厚度及儿童乘员与五点式安全带之间的摩擦因数等因素,对头部伤害指标(HIC15)值、胸部合成加速度、胸部垂直加速度等损伤参数的影响。结果表明:头部前倾位移量,从高于法规限值(550 mm)的1.5%,降到低于限值的15%。安全带导向环固定位置是最为敏感的因素;因此,优化导向环固定位置及降低摩擦因数,可减少头部最大位移量。     

大客车正面碰撞乘员约束系统的仿真研究

本文利用碰撞仿真分析软件MADYMO,建立了包括大客车车体、安全带和假人的乘客约束系统正面碰撞模型,对模型进行计算求解后得到乘员头部、胸部伤害响应曲线和HIC、胸部3ms加速度、胸部压缩量等伤害值。与实车碰撞试验结果进行对比可知,模型较真实地反映了碰撞试验过程。最后利用该模型在三种工况下对安全带对乘员的HIC、胸部3ms加速度、胸部压缩量和左右大腿力等伤害值的影响进行了比较研究,结果表明三点式安全带对乘客保护效果最好,其次是两点式腰带,不系安全带最为危险。     

车体正面碰撞加速度波形优化设计研究

为了研究正面碰撞下具有较低乘员惯性载荷的理想车体碰撞加速度波形,利用多刚体动力学模型与遗传算法相结合的方法,以乘员胸部3 ms加速度最小化为目标函数开展优化设计,得到了碰撞初始时期峰值高、中期持续降低,后期再次升高的"三阶形"最优碰撞加速度波形,仿真结果表明,在其作用下,乘员胸部3 ms加速度及主要部位的损伤风险均明显降低,最优车体碰撞加速度波能有效降低乘员在正面碰撞中的惯性载荷。     

台车加速度波形对3岁儿童损伤风险影响的研究

用不同长度的圆形薄壁吸能管和不同质量的台车,采用有限元分析和台车试验进行拟合,获得FMVSS213规定的动态试验台车碰撞加速度波形。将所得的台车加速度波形和已有的ECE R44台车加速度波形,加载到放置有Q3儿童有限元模型的两种(汽车安全带和ISOFIX固定式)背带式前向儿童约束系统碰撞仿真模型中,通过仿真,分析了加速度波形对3岁儿童乘员的运动学响应和损伤参数的影响。结果显示,加载FMVSS213加速度波形的儿童乘员的前向运动学响应比加载ECE R44加速度波形约提前20ms。加载FMVSS213加速度波形的头部前向位移、HIC15和头部与胸部的加速度均大于ECE R44工况。两种工况的上颈部轴向力和胸部压缩量无显著差异,但上颈部轴向力均大于法规限值(1 705N),而胸部压缩量均小于法规限值(53mm)。研究结果表明,FMVSS213动态加载试验对儿童约束系统的安全性评价要求更高,可为儿童约束系统的设计提供参考依据。     

腹部塞块刚度对女性乘员损伤参数及下潜的影响

乘员腹部损伤是汽车碰撞事故中常见的损伤类型,其中,5百分位女性乘员身材较小,易发生下潜。该文研究了腹部塞块刚度对女性乘员损伤参数以及下潜趋势的影响。基于有限元仿真软件LS-DYNA,建立了混III 5百分位女性假人与模拟实车全宽正面碰撞的台车仿真模型,使用单一变量控制法。结果表明:腹部塞块刚度值在25%内增大,乘员头部质心加速度峰值﹑15 ms头部伤害允许指标(HIC)﹑盆骨后转角峰值呈现上升趋势;腹部塞块刚度值在25%内降低,乘员头部质心加速度峰值﹑HIC15﹑盆骨后转角峰值也呈现不同程度的上升趋势。腹部塞块刚度对乘员胸部变形量和加速度影响较小。因此,腹部塞块刚度值在标准刚度值的25%内增大或减小,乘员损伤都在一定程度上增大,下潜趋势增强。     

纯电动SUV正面25%偏置碰撞仿真和优化

为研究某款纯电动SUV在正面小重叠碰撞下的安全性能,根据美国高速公路安全保险协会发布的测试规程,应用ANSA软件建立纯电动SUV正面25%偏置碰撞模型,利用LS-DYNA显式求解软件进行了计算。通过HyperView后处理软件分析了整车加速度、前围板最大侵入量、关键部件变形和吸能情况,发现该车型碰撞力有效传递路径为上纵梁传递到A柱,轮胎通过悬架系统传递到中地板边梁和门槛梁,而关键吸能部件(吸能盒和前纵梁)没有成为有效的碰撞力传递路径;乘员舱相关部件(A柱、A柱上边梁及中地板边梁等)刚度不足,该车型乘员舱变形严重。针对该车型在正面25%偏置碰撞试验中乘员舱变形严重的问题,从改善碰撞力传递路径和采用轻型铝合金材料以提高乘员舱刚度两个方面进行了优化。结果表明:整车碰撞安全性得到有效提高,乘员舱侵入量明显减小,前围板最大侵入量由246.59 mm减小到151.29 mm,降低了38.65%,结构评级由"差"提升到"良好"。针对提高乘员舱刚度后整车加速度峰值过大的问题,进行了L9(34)正交试验分析,得到了在前围板最大侵入量由151.29 mm降低到146.49 mm的前提下,整车加速度最大峰值由55.86g降低到44.77g的最优组合方案。     

移动式安全座椅的乘员保护性能的研究

传统的座椅在汽车前碰撞中是不允许产生明显变形的,本文中提出了3种移动式的汽车安全座椅,它们可在汽车前碰撞时发生相应的变形,具有防止乘员下潜,消除安全带与乘员之间的初始间隙和降低胸部加速度的作用:立了使用3种移动式座椅和传统座椅的汽车前碰撞乘员动力学响应和损伤分析的仿真模型,并进行4种座椅的对比仿真.结果表明,与传统座椅和其它两种移动座椅相比,第一种移动式安全座椅对乘员头部、颈部和胸部具有较好的防护性能.     

正面碰撞试验中坐垫刚度均匀性对乘员伤害影响研究

为提高汽车座椅坐垫的安全性,对坐垫刚度前后一致和前高后低的两款座椅进行了台车试验研究,结果表明,坐垫刚度前高后低将会造成乘员骨盆发生"二次碰撞",导致乘员的胸部加速度幅值和压缩变形量增高,颈部张力增大,同时带来安全气囊触底风险,最终造成乘员上半身的伤害相应加重。因此在选配座椅时,应尽可能选择坐垫前、后刚度接近的座椅。     

安全带非正常佩戴位置对假人胸部压缩变形量的影响

假人胸部压缩位移量是中国新车评价规程(C-NCAP)评价汽车被动安全性能的一个指标。为研究安全带佩戴位置对胸部位移量的影响,本文以冲击速度为3.0 m·s-1,对于HybridⅢ50百分位假人胸部,进行了摆锤标定试验。以正常胸部冲击位置为0点,沿Z轴向上每隔20 mm选取一个冲击位置点。在正常的与非正常的安全带佩戴位置,对某车型进行了2次对比试验,分析两者的胸位移曲线。结果表明:当偏离位置小于从正常胸部冲击的0点向上60 mm时,胸位移基本为线性下降。正确的安全带佩戴位置是:安全带上边缘不得超过假人上衣调整螺栓孔。作者建议:新版C-NCAP能增加安全带佩带范围的要求,以使假人胸部压缩位移量的评价更接近真实。     

汽车碰撞过程中加速度特征对乘员损伤的影响分析

针对汽车正面碰撞过程中车身压溃失稳产生初始加速度峰值的特点,提取基本特征,改变峰值大小,构造加速度曲线组,研究峰值变化对乘员安全性的影响。研究表明,车身加速度峰值处于较小范围时,人体综合损伤指标对峰值的变化并不敏感。     

前置护体式安全座椅布置参数优化研究

建立了Q系列3岁假人的正面碰撞仿真模型,以前置护体安装高度位置(相对于假人H点位置)、前置护体自身高度、前置护体加强肋板刚度以及泡沫材料刚度4个因素为研究对象,运用正交试验设计和方差分析筛选优化参数,并采用基于遗传算法的多目标优化方法进行求解。经过优化求解得知,当前置护体安装高度位置为0 mm(相对于假人H点位置),前置护体自身高度为190 mm时,对儿童乘员的保护效果最佳。此时最大腹部压力较初始值降低了16.3%,胸部3 ms加速度较初始值降低了9.1%。综合分析可知,在正面碰撞中减小儿童腹部与胸部损伤的关键之处在于,前置护体需约束在儿童乘员的盆骨部位,避免在碰撞过程中儿童出现"下潜"现象;通过将约束部位扩散到儿童胸部的方式可以有效分散碰撞冲击载荷,从而减小儿童乘员的腹部和胸部损伤。     

汽车儿童乘员事故重建研究

首先,采用PC-Crash软件进行两车碰撞事故再现,求得目标车辆沿X、Y轴的加速度和绕Z轴的转动角度.然后,将PC-Crash求得的结果作为MADYMO模型的初始边界条件,模拟儿童乘员头、颈及胸部的动力学响应.结果表明:仿真中两碰撞车辆停止位置与实际事故中的情况较好地吻合;儿童乘员头、颈、胸部的动力学响应较好反映了儿童乘员实际的损伤情况.前排座椅头枕、座椅安全带及头、胸部运动的不同步分别是导致儿童乘员头、胸及颈部损伤的主要原因.     

汽车摩托车碰撞事故中骑乘人员损伤差异对比研究

为探索骑乘人员的损伤差异,基于PC-Crash仿真软件,以车型、碰撞车速和碰撞形态为变量进行147组汽车碰撞载人摩托车的仿真,在此基础上用统计学方法分析所得数据。结果表明:绝大多数碰撞条件下,包括不同碰撞车速,骑车人头、胸部和撞击侧下肢损伤指标参数的均值均高于后座乘员;此外,当碰撞车速分别为45和50 km/h时,骑车人和后座乘员的头、胸部损伤都超过其安全界限。     

儿童胸部损伤准则的仿真研究

鉴于对儿童损伤准则和容忍极限的研究缺乏,本文中参考仅有的两项儿童胸部动态实验数据,通过对比仿真与实验中获得的儿童胸部力-变形曲线,对作者先前建立的10岁儿童胸部有限元模型的动力学响应进行了验证,并分析了由模型计算获得的应力-应变和实验中观察到的骨骼与内脏损伤之间的关系。结果表明,仿真获得的胸部力-变形曲线与实验吻合较好,应变失效准则能有效地预测骨骼和内脏的损伤情况。成人胸部压缩量损伤准则和黏性损伤准则可用于儿童胸部损伤的预测,但儿童损伤容忍极限值低于成人。     

正碰和偏置试验中的Q3损伤对比研究

针对目前儿童乘员保护不足的问题,本文在某款C级轿车上采用50km/h的正面100%重叠刚性壁障碰撞试验(简称正碰试验)和64km/h的正面40%重叠可变形壁障偏置碰撞试验(简称偏置试验)对比分析Q3儿童的损伤情况。依据C-NCAP 2021版评价规程对2个试验工况中Q3儿童进行评价。2种工况,儿童假人体现的损伤情况均严重。正碰试验中头部、颈部和胸部压缩量的损伤值更大。对胸部累积3ms合成加速度而言,偏置试验得分很低,损伤更大。目前,5点式儿童安全带起不到很好的缓冲吸能的保护效果。车辆开发商可以设计能更好保护儿童乘员的约束系统。     

正面碰撞时轿车后排乘员的保护

为提高轿车后排乘员在发生正面碰撞时的安全性,文章利用碰撞仿真分析软件MADYMO,建立包括某轿车车体、安全带和假人的乘员约束系统正面碰撞模型,并与碰撞试验结果进行对比,验证了模型有效性。利用该模型对安全带形式和座垫角度对乘员的HIC、胸部3ms加速度和左右大腿力等损伤值的影响进行了比较,表明使用3点式安全带同时匹配座垫倾角25°的方法,能使头部损伤下降59%,胸部伤害下降20%,腿部损伤下降70%,有效提高后排乘员的安全性。     

The Selection of Seat Cushion Angle and the Improvement of Constraint System for Frontal Crash

利用碰撞仿真分析软件MADYMO建立了某轿车驾驶员约束系统正面碰撞模型;利用该模型分析了坐垫倾角的影响.结果表明当坐垫倾角为25°时,对乘员有着较好的保护.对影响HIC值的设计参数进行灵敏度分析,并据此对材料特性和结构尺寸进行修改,改进后的头部损伤指标下降达43.4％.