基于2021年版C-NCAP的儿童伤害评估及开发策略

为提高整车正面碰撞减速度波形与儿童座椅的匹配保护效果,以2021年版中国新车评价规程为基础,对比分析了正面碰撞试验高、低性能车体减速度波形对Q3儿童假人胸部伤害的影响,发现碰撞前、后部幅值均匀的车体减速度波形更有利于儿童座椅安全性能的匹配,基于乘员载荷准则及已有试验数据进行了验证分析,获得理想减速度波形的相关设计目标为车体载荷准则值≤26.5 g、人体自由向前移动65 mm时对应时刻≤35 ms、人体受约束向前移动235 mm时对应时刻≥95 ms,建议采用ISOFIX通用及半通用儿童座椅、大延伸率儿童座椅安全带,并适当提高儿童座椅安全带上固定点高度。     

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。     

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。     

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。     

车辆正面碰撞中的耐撞性能仿真分析

为了评价汽车在正面碰撞事故中耐撞性能,应用HyperWorks仿真软件建立了车辆正面100%碰撞有限元模型。后处理利用HyperView对B柱下端加速度、A柱上部最大折弯角、前围板侵入量以及前门铰链变形量4项重要评价指标进行仿真分析,以此评估正面碰撞中车体的耐撞性能。结果表明:B柱下端最大加速度小于3ms合成加速度72g的要求,A柱上部最大折弯角对乘员伤害程度在允许范围内,前围板变形云图小范围超出目标值,前门铰链变形量不影响碰撞后车门的正常开启,车体耐撞性能良好。类比2017年C-NCAP实车正面碰撞结果,表明仿真试验具有较高的可信性,为车体耐撞性优化设计提供依据。     

正面碰撞中车体B柱加速度与安全带选配间的关联性研究

根据近似程度,将正面碰撞试验中车体B柱(x向)加速度波形分成前低后高、前高后低2种阶梯形类型,研究了2种波形在假人相对车体运动中的表现及对假人胸部造成的伤害,并推导出理想B柱加速度波形。对3种波形下安全带的选配进行研究,指出在安全带选配时,应从腰带能够平衡假人相对运动、肩带能够调节假人运动姿态角度出发进行考虑,并具体指出了各波形下安全带的选配方向。     

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。     

基于关联性量化的碰撞安全性能正向设计

基于美国新车评价规程(US-NCAP)研究了碰撞减速度波形与乘员损伤的量化关系,建立了标准约束系统仿真模型,以一阶加速度G_1、二阶加速度G_2、动态位移D为车体结构设计指标,胸部压缩量为乘员损伤指标,分析获得了不同结构下乘员损伤指标变化规律:D不变的情况下,当G_1≤22g时,G1每增加1g,胸部压缩量降低2 mm,当G_122g时,其对胸部压缩量影响较小;G_1不变时,D每增加10 mm,胸部压缩量降低1 mm。以量化关系预测为基准,在某车型胸部压缩量优化过程中对量化关系进行了验证,结果表明,该模型预测精度为98%。     

小空间车型第2排乘员保护性能优化

为了研究小空间车型第2排乘员在正面碰撞过程中受到的伤害,利用仿真分析的手段,对比分析了不同的车体碰撞波形、乘员布置空间以及约束系统性能参数对第2排乘员伤害的影响,确定了安全带限力等级、车体碰撞波形及第2排座椅坐垫的布置角度是影响第2排乘员保护安全性能的关键因素.针对第2排乘员布置空间较小的车型,在保证第2排假人头部伤害满足目标要求的情况下,减小安全带的限力等级,增大第2排假人头颈部及胸部的前移量,以降低假人颈部及胸部的伤害,从而有效改善了第2排乘员的伤害情况.     

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....     

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。     

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。     

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。     

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。     

基于有限元-多刚体耦合方法的儿童座椅结构改进

对某反向安装儿童安全座椅的结构进行了改进设计。采用有限元-多刚体耦合的方法,依据欧洲经济委员会(ECE)的法规R44的要求,建立了改进前后的儿童安全座椅正面碰撞台车试验模型,并进行了模型验证。完成了改进后的儿童安全座椅结构正面台车碰撞实验。仿真结果表明:座椅改进后的儿童假人头部综合加速度峰值约降低15 g;胸部综合加速度超过55 g的时间缩短为2 ms;胸部垂向加速度超过30 g的时间约为2.4 ms。台车试验结果与仿真结果一致,胸部综合加速度超过55 g的时间缩短为1.7 ms;胸部垂向加速度超过30 g的时间约为2.85 ms,且台车实验中座椅结构未产生明显破坏。     

中国体征3岁儿童乘员损伤仿生模型在C-NCAP正面碰撞测试仿真中的应用EI北大核心CSCD

本文中应用已验证的具有详细解剖学结构特征的中国3岁儿童乘员图斯特损伤仿生模型(TUST IBMs3YO-O),参照C-NCAP(2021年版)两种正面碰撞乘员保护动态试验,建立仿真模型。通过分析3岁儿童乘员在不同工况下的头部、颈部、胸部的运动学和生物力学响应,研究正面碰撞测评试验中3岁儿童乘员的损伤机理和不同工况下损伤的差异。结果表明:在运动学响应方面,与正面100%重叠刚性壁障(FRB)碰撞试验相比,3岁儿童乘员在正面50%重叠移动渐进变形壁障(MPDB)碰撞试验中损伤风险更大,且远离碰撞侧的儿童损伤更严重;在生物力学响应方面,FRB碰撞中,3岁儿童乘员头部下颌与胸部接触可能出现轻微脑震荡。MPDB碰撞中,儿童出现向左的横向运动,头部下颌与右侧胸部接触,导致生物力学响应峰值较大,可能出现轻微脑震荡、肋骨骨折、肺部挫伤等损伤。     

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。     

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。     

侧面碰撞远端老年乘员损伤研究

为探究欧洲新车评价规程（Euro-NCAP）侧面碰撞条件下远端老年乘员的运动学响应和损伤机理，首先利用老年人体模型CHARM-70建立台车模型，然后建立整车AE-MDB侧面碰撞和侧面斜柱碰撞有限元模型，进行整车碰撞仿真并提取非碰撞侧B柱底部加速度脉冲，最后，基于THUMS＿AM50＿V4.0人体模型和老年人体模型CHARM-70建立单乘员和双乘员台车仿真模型，进行AE-MDB侧面碰撞和侧面斜柱碰撞仿真。结果表明：在侧面碰撞中，安全带无法有效限制远端乘员因惯性而导致的侧向偏移；在单乘员台车仿真中，远端老年乘员头部和颈部损伤值远小于阈值，但胸部出现大面积严重肋骨骨折；在双乘员台车仿真中，远端老年乘员的头部和胸部出现严重损伤。     

自动驾驶汽车事故中主动旋转座椅规避儿童乘员的损伤风险研究

为了提高儿童乘员在自动驾驶汽车中的碰撞安全性，提出在正面碰撞发生前主动将不同座椅朝向的乘员旋转至背向碰撞方向(180°方向)的策略，通过改变人体受力方向，将不同座椅朝向乘员的正面碰撞形式转化为标准的追尾碰撞形式，从而提高自动驾驶车辆中儿童乘员的碰撞安全性。首先，通过正面碰撞假人试验对THUMS 10岁儿童乘员台车模型的有效性进行验证；然后，基于4种不同座椅朝向(0°、90°、135°和180°),利用THUMS 10岁儿童乘员模型进行正面碰撞仿真试验，发现180°座椅朝向儿童乘员损伤风险最小，因此，180°座椅朝向被确定为相对安全的座椅朝向；最后，模拟200 ms内将座椅旋转±45°和300 ms内将座椅旋转±90°以及分别在0 ms和100 ms时间延迟后引入碰撞的试验过程，研究座椅旋转过程本身以及先旋转后碰撞策略下的乘员损伤风险。研究结果表明：200 ms内将儿童乘员旋转±45°和300 ms内将儿童乘员旋转±90°,不引起额外人体损伤；碰撞时刻的延迟所造成的儿童乘员姿态的变化，会导致儿童乘员在碰撞过程中产生不同的运动学响应和损伤风险；在无碰撞时刻延时的情况下，先旋转后碰撞的策略可...