正面碰撞中基于中国人体尺寸的假人损伤响应研究

为探究中国乘员在汽车正面碰撞中的损伤响应,基于中国人体尺寸和现有混Ⅲ 50百分位假人有限元模型,采用全体段缩放方法建立了符合中国人体尺寸特征的中国人50百分位男性假人有限元模型。采用LS-DYNA建立并验证了某量产车型的驾驶员侧约束系统模型,对比分析了中国人50百分位男性假人与混Ⅲ 50百分位假人在同一正面碰撞工况下的损伤响应,并研究了安全气囊的起爆时间、排气孔直径和气体质量流率3个参数对两种假人的损伤影响。结果表明,与混Ⅲ 50百分位男性假人相比,中国50百分位男性假人的头部损伤风险较大,而胸部损伤可能较小;对于混Ⅲ 50百分位男性假人是最优的安全气囊参数未必能给对应的中国假人提供最优的保护,部分安全气囊参数对两种假人损伤的影响趋势甚至是相反的。     

车辆乘员眼部损伤风险仿真评估

基于中国50百分位成年男性人体测量学参数,开发了具有眼组织生物力学响应的中国体征安全假人头部模型。在LS-DYNA软件中验证了跌落标定试验中头部模型的加速度响应,探究了正面碰撞工况下气囊对眼组织损伤的影响。并利用仿真数据建立了归一化能量与眼组织损伤概率的损伤风险曲线。结果表明,在头部跌落仿真试验中,中国体征碰撞假人头部加速度响应高于HybridⅢ假人;在正面碰撞工况下乘员约束系统仿真试验结果表明,当碰撞速度高于55 km/h时,视网膜脱落风险将增大,巩膜von Mises应力、变形量均达到引发眼球破裂损伤的阈值。     

基于FMVSS214的内饰刚度对侧面碰撞安全性影响的分析

汽车侧门内饰件并不是主要的碰撞吸能元件,但是其刚度和结构形态会影响二次碰撞中假人的动态响应。为减少二次碰撞对于乘员的伤害,本文在整车模型的基础上,建立了PSM碰撞子模型,分别分析了胸部碰撞区域和盆骨碰撞区域内饰刚度对于乘员损伤的影Ⅱ向,为侧面碰撞乘员保护的研究提供参考。     

汽车侧碰中后向式婴儿座椅设计参数的仿真研究

运用子结构的建模方法建立了侧碰时的婴儿约束系统模型,该模型包括后车门总成模型、汽车后排座椅模型、婴儿安全座椅、P3／4假人模型、后排座椅安全带和婴儿座椅安全带,并运用规定结构运动的PSM方法定义车门总成的运动,在此基础上研究侧碰撞中婴儿安全座椅的设计参数对P3／4婴儿假人动力学响应及其损伤的影响。仿真结果表明：坐垫刚度和安全带刚度对婴儿假人损伤影响较大、坐垫摩擦系数对胸部加速度和颈部损伤影响较大。     

基于离位状态儿童乘员防护的安全气囊优化（英文）

提出了一种离位状态(OOP)儿童安全气囊参数优化策略。根据美国机动车工程师学会的SAE J1980-2008法规,建立了典型的3岁和6岁离位儿童乘员多刚体MADYMO-有限元仿真模型。以乘员综合损伤评价指标(Pcomb)为目标函数,安全气囊参数为设计变量,采用最小二及乘优化设计和概率分析软件LS-OPT对选取的变量进行优化,选用空间填充试验设计采取样本点,采用混合自适应模拟退火算法对响应面模型进行优化使Pcomb最小。对比了双级和单级气体发生器气囊在低速和高速对假人损伤的影响。结果表明:综合损伤指标基本满足US-NCAP法规的要求;在54 km/h正面碰撞时,双级气囊对假人的保护作用明显优于单级气囊。     

基于E-NCAP的10岁儿童损伤防护研究

最新版欧洲新车评价规程(E-NCAP)使用10岁Q系列儿童假人来评价约束系统对儿童乘员的保护效果。针对某国内量产车型,分别采用MADYMO和Hypermesh软件建立了该车的后排6岁儿童乘员约束系统仿真模型和整车有限元模型,并利用试验数据进行了对比验证。将Q10儿童假人放入已验证的儿童约束系统中,根据E-NCAP规定的正面40%偏置碰撞和侧面碰撞要求进行仿真。在对两种工况下乘员约束系统参数灵敏度分析的基础上,选取对儿童损伤影响显著的参数为优化变量,以综合评价损伤指标WIC最小为优化目标,采用Kriging算法创建响应面模型并结合遗传算法进行参数优化。结果表明:优化后的约束系统参数能有效提高对10岁儿童乘员的保护效果,正面偏置碰撞中得分提高了24.6%,侧面碰撞中得分提高了36.5%。     

基于E-NCAP的6岁儿童乘员损伤防护研究

2016版欧洲新车评价规程(E-NCAP)将后排Q系列6岁儿童假人的损伤值作为儿童保护部分的评分依据,对车辆安全性提出了新的要求。本文中建立了某已开发车型的儿童乘员约束系统仿真模型,并利用C-NCAP试验数据对其有效性进行了验证。根据E-NCAP中的正面40%偏置碰撞和侧面碰撞要求进行了仿真。通过两种碰撞工况下乘员约束系统参数灵敏度分析,选出对儿童乘员损伤影响显著的参数作为优化变量,以儿童损伤综合评价指标WIC最小化为优化目标,采用Kriging算法创建的响应面模型和遗传算法进行参数优化。结果表明,优化后约束系统能有效降低儿童乘员损伤值,正面偏置碰撞得分提高了9.4%,侧面碰撞得分提高了67.9%。     

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...     

儿童约束系统动态仿真研究及初步参数分析

本文利用MADYMO软件建立包含P系列儿童假人、一款国产汽车用儿童座椅和试验台车的儿童乘员约束系统的计算机仿真模型,并模拟了ECE-R44法规规定的正面碰撞台车试验环境。通过与对应产品的台车碰撞试验结果对比,对该模型有效性进行了验证。同时,在已验证模型的基础上,对儿童座椅及台车试验系统设计参数对儿童乘员响应的影响进行了分析,结果表明儿童座椅的摩擦系数、成人安全带刚度、儿童座椅安全带定位孔孔位置对儿童乘员在正面碰撞中的响应影响较大,通过适当的儿童约束系统设计可以降低儿童乘员在碰撞事故中的受伤几率。     

集成式汽车儿童安全座椅的设计与仿真

提出了一种新型集成式汽车儿童安全座椅.该座椅位于汽车后排中间位置,增高座垫的高度可根据儿童身高无级调节.相对于常规使用的附加式儿童安全座椅,该座椅无须安装,避免了儿童座椅的误用.利用MADYMO软件建立了该装置调整到不同高度的仿真模型,研究了3岁、6岁和10岁儿童假人正面碰撞时的响应,并通过对6岁假人的碰撞仿真分析,得出其关键设计参数.仿真结果表明,所设计的集成式座椅能够在正面碰撞中对3岁到10岁的儿童提供有效的保护.     

汽车低速追尾碰撞中人体颈部伤害及保护系统研究

在MADYMO软件中使用BioRIDⅡ后碰撞假人建立追尾碰撞模型,分析了头枕位置和倾角参数对汽车发生追尾碰撞时头颈部动力学的影响,并使用颈部损伤准则值NIC和Nkm来评估颈部损伤的风险。仿真结果表明这些因素对颈部的动力学响应有着重要影响,高而且靠近头部,并且有适当增大倾角的头枕,有助于减小颈部的损伤。     

基于SAE J2114翻滚试验的THUMS人体模型损伤研究CSCD

研究了台车翻滚试验中驾驶员侧人体动态响应,再现无约束状态下人体头部、颈部真实损伤情况。基于THUMS人体模型进行人体损伤模拟,运用LS-DYNA有限元仿真方法,在Ford Explorer有限元模型的基础上建立整车翻滚模型,将仿真结果与碰撞测试数据库中SAE J2114某台车翻滚试验结果进行对比。结果表明:前1.1 s内,驾驶员颅骨和颈椎骨折风险较小,但是颅脑有损伤的可能性。因此,该模型能反映实际翻滚事故中的乘员损伤趋势和车辆碰撞特性。而且利用THUMS人体模型能模拟乘员的运动响应,可直观地描述人体的受伤部位,但是HybridⅢ50%男性假人颈部不能如实反映人体在翻滚中动态响应。     

安全气囊对离位乘员损伤影响的仿真研究

基于MADYMO软件的Gas Flow流体计算方法及5百分位Facet假人建立了驾驶员侧气囊模型及5百分位女性假人两种离位情况(OOP)的计算机模型,并通过气囊静态展开试验及假人两种不同位置的试验验证了模型的正确性。在此模型基础上通过改变气囊参数,分析了各参数对两个位置模型人体各部位损伤影响及其灵敏度。仿真结果表明,对离位乘员伤害影响比较敏感的气囊参数依次为气体发生器峰值压力、气袋体积、排气孔大小、织物渗透率、织物杨氏模量及密度。     

1.5岁儿童假人颈部伤害预测分析

为解决儿童碰撞试验中P1.5儿童假人颈部伤害数据匮乏,导致相关测评方法、标准制定提出颈部伤害限值困难的问题,本文进行了P1.5儿童假人与Q1.5儿童假人正面碰撞对比试验,建立了假人头颈部受力分析模型,分析假人颈部受力情况,并利用Q1.5儿童假人试验数据完善并验证了模型。应用该方法可预测P1.5儿童假人颈部损伤水平,补充P1.5假人试验中颈部伤害数据的匮乏,增加儿童颈部伤害可用数据量。     

ISOFIX型儿童座椅正面碰撞台车试验的有限元仿真

建立了ISOFIX型儿童座椅的有限元模型,并应用HybridⅢ3岁儿童假人有限元模型,建立了ISOFIX型儿童座椅正面碰撞台车试验的有限元模型,进行了仿真,对比分析了台车试验与有限元仿真的假人动态举动,头部、胸部和髋部的合成加速度波形及假人伤害值.接着用有限元模型对儿童座椅上拉带限力效果进行了评价.结果表明,有限元模型仿真结果与试验结果基本吻合,假人伤害值均在法规指标值以内.上拉带限力虽使头部最大前向移动量有所增加,但仍远小于指标值,且其他伤害值都有不同程度的降低.     

中国50百分位人体与标准试验假人正面碰撞响应差异的研究

根据中国人体尺寸参数,在国外标准假人HybridⅢ50 th假人模型的基础上,使用MADYMO软件中的缩放方法建立了符合中国50百分位身材的假人模型;加上另行建立的乘员约束系统模型,分别进行了正面碰撞仿真。结果表明,中国成年男性50百分位身材的假人模型的头部和颈部的损伤参数明显大于HybridⅢ50 th假人模型的相应参数。另外,志愿者和HybridⅢ假人的低速碰撞试验结果也表明,志愿者头部和颈部受到损伤的风险大于HybridⅢ假人的相应损伤风险。由此可见,采用HybridⅢ50 th假人进行碰撞试验不能准确反映中国人体的头部和颈部损伤情况。     

汽车膝部气囊设计与优化

针对某车型建立了MADYMO车体模型和膝部气囊模型,并通过试验验证了模型的有效性。利用该模型对安装与未安装膝部气囊情况下假人的运动响应和伤害值进行了仿真分析,研究了膝部气囊在正面碰撞中对假人各部位的影响。根据仿真结果,通过正交试验对初步设计的膝部气囊进行了优化设计,优化后WIC值减小了3.39%,表明膝部气囊对下肢的保护性能得到很大提升。     

座椅设计参数对低速尾撞中乘员颈部伤害影响的仿真研究

在MADYMO环境下建立包括座椅、座椅安全带、BIORIDⅡ假人的尾撞仿真模型,应用MADYMO及AUTODOE对座椅设计参数及座椅平动吸能机制对低速尾撞中乘员颈部损伤指标的影响进行了研究。模拟结果表明,座椅靠背铰旋转刚度、椅背屈服力矩、椅背接触刚度等参数对乘员头颈部响应的影响显著,通过适当的座椅参数设计可以达到降低尾撞中乘员损伤几率的目的。同时,座椅整体平动吸能对座椅尾撞安全性能的提高也在模拟中得到了验证。     

中国假人头部皮肤材料参数优化设计研究

为探究皮肤材料参数对中国体征假人头部力学响应的影响,采用非均一缩放方法对Hybrid Ⅲ 50th假人头部有限元模型及标定限值进行缩放,获得了中国50百分位假人头部模型及标定限值。基于该模型,借助正交试验设计方法,构造多项式响应面代理模型,结合优化算法,得到了更逼近于中国真实人体头部力学响应性能的皮肤材料参数。该组参数可为中国体征物理假人头部皮肤材料配比研究提供相应指导。     

基于深度学习的座椅抗挥鞭伤性能预测

在传统仿真的基础上,结合深度学习,提出了一种快速预测座椅鞭打性能的方法。首先对上汽大众某车型座椅进行了一系列材料级、零部件级、分总成级和整椅级的静态与动态物理实验,其次利用实验结果对已有的仿真模型进行了标定,标定结果验证了仿真模型的有效性。然后,利用全因子法对所有影响座椅鞭打性能的因素进行了仿真。基于仿真结果,利用深度学习方法建立了长短记忆（LSTM）神经网络模型,对假人的挥鞭伤害响应进行快速预测。结果表明：基于LSTM的神经网络模型预测的假人响应曲线能与仿真得到的曲线较好地吻合,故可用于后续的座椅鞭打性能优化。