儿童安全座椅侧面碰撞头部保护研究

根据欧洲儿童乘员约束系统法规(ECE R129)要求,建立台车座椅约束系统模型,施加法规中规定的速度曲线,以模拟汽车在侧面碰撞事故中后排儿童乘员的头部损伤情况。通过台车侧撞试验,验证了所建有限元仿真模型的有效性。通过压缩试验,对30倍发泡率EPP材料力学性能进行测定,确定采用包含应变率效应的MAT83材料卡片,以模拟EPP材料头枕在碰撞工况下的力学响应。以儿童乘员头部3 ms加速度和HPC作为评价指标,对比分析EPP材料和普通材料对儿童乘员头部的保护效果。结果表明:与普通材料相比,采用EPP材料后,Q3假人模型HPC降低24.9%,头部3 ms加速度降低8.1%,有效降低了汽车侧面碰撞对儿童头部的损伤。     

两种儿童约束系统动态性能仿真研究

采用计算机仿真与试验相结合的方法,根据ECE R44法规,在MADYMO软件中分别建立前置护体型和五点约束带式儿童约束系统碰撞仿真模型。通过台车碰撞试验验证所建仿真模型的有效性,在仿真环境下对两种儿童约束系统的动态性能展开研究。结果表明,不同类型儿童约束系统由于安装方式及约束方式的不同,在碰撞过程中动态性能存在较大差异。碰撞发生时,前置护体型儿童约束系统对儿童乘员胸部损伤较大,五点约束带式儿童约束系统对儿童乘员颈部损伤较大。     

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。     

基于ECE R129法规的儿童座椅侧面碰撞台车试验系统

根据欧洲经济委员会(ECE)推出的R129法规中儿童座椅侧面碰撞保护性能的要求,建立了侧面碰撞台车试验系统。用已有后向碰撞波形发生装置,组合了后向碰撞聚氨酯管、橄榄头、台车初速度,调试波形,实现了侧面碰撞所需的速度波形。按照该法规,设计台车座椅和门板系统,进行Q系列3岁假人模型的侧面碰撞试验,测量了假人头部、胸部损伤,分析了座椅与门板相对速度曲线和碰撞过程的高速摄影图像。结果表明:速度波形符合该法规要求,台车座椅和门板系统位置准确、结构稳定。因而,该台车试验系统,能满足该法规要求,进行侧面碰撞试验。     

面向CRS的不同车型车门特征波形提取方法研究

侧面碰撞是造成儿童乘员伤亡的第二大主要原因,但是目前我国对于儿童约束系统并没有侧面碰撞法规或者评价方法。国外主流的测试方法仅能实现门板的平动和单一自由度侵入,不能模拟真实工况下车门不同部位的侵入情况。本文基于数据统计,面向CRS对车门进行了关键区域的位置划分,确定头部、胸部以及骨盆三个不同的关键侵入区域。同时,通过采集14款不同车型的车门的三个关键区域的加速度波形,提取出三个部位的特征波形以及其上下限值曲线。最后,进行试验验证,与ECE R129的测试方法进行比对,证明输入特征波形的测试方法合理可行,且能更真实的模拟出侧面碰撞中不同部位的侵入情况。本文的研究成果为我国儿童约束系统侧面碰撞法规或评价方法的制定提供参考,也对儿童约束系统产品的设计和改进具有一定的指导意义。     

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。     

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。     

儿童安全座椅中填充吸能泡沫对头部的保护效果分析

采用Pam-Crash仿真软件,在已验证的6岁儿童乘员有限元模型上,施加ECE R129法规中规定的减速度曲线,以模拟汽车在侧面碰撞事故中后排儿童乘员的头部损伤情况。通过头部质心合加速度、头部性能指标(HPC)、脑组织Von Mises应力、颅内压、剪切应力和泡沫与头部之间的接触力等评价指标,研究侧面碰撞时安全座椅侧翼结构中头枕部位填充吸能泡沫对儿童乘员头部的保护效果。结果表明:安全座椅中填充泡沫可有效降低侧面碰撞对头部的损伤,且填充PU泡沫的保护效果要优于EPS泡沫。     

客车侧翻碰撞中的乘员损伤研究

首先利用MADYMO软件建立了某客车局部车身段的有限元与多体混合侧翻模型,并进行了侧翻仿真,其变形、碰撞加速度等仿真结果与相应的有限元仿真结果基本一致,说明了用有限元与多体混合模型取代有限元模型进行侧翻分析的有效性。据此接着采用混合模型,在碰撞侧座椅上分别放置单个和两个佩戴两点式安全带的侧碰假人Euro SID-I,研究了侧翻过程中乘员的损伤情况以及乘员间的相互作用对乘员损伤的影响。结果表明,满足ECE R66法规要求的客车在侧翻过程中仍然可能对乘员造成较严重的胸部和腹部损伤,且客车侧翻过程中乘员相互作用会加剧乘员头部、颈部、胸部和腹部的损伤。     

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。     

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。     

儿童约束系统侧面碰撞试验侧撞门填充材料的研究

儿童约束系统侧面碰撞试验是ECE R129法规针对通用完整ISOFIX接口儿童约束系统和汽车专用ISOFIX接口儿童约束系统增加的试验流程并有相应的评价指标。在其规定的侧面碰撞试验中,与儿童约束系统发生碰撞的侧撞门安装有法规规定性能指标的填充材料。由于ECE R129法规尚没有完全取代现行的ECE R44法规,儿童约束系统侧面碰撞试验在国内还处于起步阶段,试验中侧撞门填充材料依赖进口,还没有国产替代材料。作者根据法规要求,设计并建立了侧撞门填充材料测试系统,对多种材料进行测试,在测试的同时分析试验数据,推测出满足法规要求的性能曲线。     

不同类型约束系统对6岁儿童胸腹部损伤防护效果研究

依据ECER129法规,采用己获取的台车试验加速度波形加载到6岁儿童人体有限元模型进行正面碰撞仿真,研究不同类型的约束系统对6岁儿童胸腹部损伤的防护效果.研究结果表明,尽管3种儿童安全座椅对胸腹部没有造成损伤,但从胸腹部压缩量、胸腹部VC值等损伤评价指标可以看出,自带五点式安全带儿童安全座椅对儿童胸腹部防护效果更好.进...     

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。     

基于台车试验方法的某微型轿车乘员约束系统改进设计

在试验基础上对某微型轿车无气囊条件下的约束系统进行优化,分析了座椅、转向盘和安全带的动态特性,提出了减小乘员伤害值的改进方案.通过台车试验证明,该微型轿车正面碰撞乘员保护达到中国法规要求,改进方案正确和有效;对于刚性很强的尺寸紧凑型微型轿车,弱化碰撞时头部接触位置的转向盘轮缘,并使用限力式安全带,可以有效降低正面碰撞头部加速度.     

汽车是如何工作的？（二十八） 儿童约束系统

儿童安全座椅，又可称为儿童约束系统（Ch11d Restraint System），是专门为婴幼儿和儿童乘车安全而设计的装置，其研究在欧洲、美国和日本得到极大的重视，开发出了适应不同年龄的儿童安全约束系统，还制定相应的法规和标准。美国FMVSS、欧洲ECE和日本保安基准都对儿童约束系统提出了具体的技术要求，使婴、幼、儿童乘员在车辆发生碰撞事故中得到有效的保护[编者按]     

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。     

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%。     

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。     

乘用车2种碰撞前排乘员伤害比对

为了适应新版C-NCAP管理规则正面偏置碰撞速度提高到64 km/h的规定,分别对9款乘用车进行了2012版C-NCAP中正面全宽和偏置2种碰撞试验,通过对前排乘员试验结果进行比较分析,指出乘用车2种碰撞形态下的各性能指标值十分相近,头部、颈部及大腿是满分点,胸部压缩变形量和副驾驶侧乘员左侧小腿上部胫骨指数是主要失分点,两侧乘员的内侧大腿压缩力是可能失分点,为前排乘员约束系统的开发提供了指导。