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。     

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%。     

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。     

车体“刚度”在正面碰撞中对人体伤害影响的研究

将汽车B柱加速度曲线反映的车体碰撞性能定义为车体"刚度",对车体"刚度"在实车碰撞中对假人伤害的传递过程及台车试验中复现的精度对假人伤害结果的影响进行了研究.通过对"刚度"在正面碰撞试验中对假人运动的影响分析和对骨盆受力情况的分析,指出了试验中假人对车体的相对加速度曲线是一近似正弦波.同时,进行了车体"刚度"曲线在台车试验中的应用研究,指出了在台车试验中应复现的最佳曲线及校核方法.     

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。     

MPDB工况下碰撞兼容性的基本问题与车体设计原则

2021版中国新车评价规程(C-NCAP)首次引入了正面50％重叠可渐近变形移动壁障碰撞工况(MPDB)用于评价车辆的碰撞兼容性.为了提高试验车在MPDB工况中的碰撞兼容性表现,得到影响碰撞兼容性的关键车体结构和基本的结构设计原则,应用对碰理论分析MPDB工况的2个基本物理问题——壁障与车体的吸能关系和运动变形关系.基...     

解决正面碰撞布置问题的优化方案

文章针对某左舵车型在正面碰撞开发过程中出现车体加速度较大和局部车身侵入量过大问题进行分析,运用仿真手段进行原因分析,针对车身结构和机舱布置存在的缺陷,提出有效的改进方案。优化后车体加速度和车身侵入量等均得到改善,车体加速度由原来的51.2g降低到39.5g,车身侵入量由78mm减小到40mm。结果表明优化变速器与副车架以及车身安装点相撞问题并配合优化纵梁的变形模式后,各项指标均达到C-NCAP 2021五星目标值要求。     

考虑材料变形路径及应变率的车身前端吸能结构优化

为了研究不同厚度及强度的高强度钢板对车辆正面碰撞性能的影响,以车身前端主要吸能结构的比吸能最大化为目标,构件的材料和厚度为设计变量,并考虑材料的变形路径和应变率效应,通过试验设计、近似模型与自适应响应面法相结合进行优化,得到了高强度钢板最优的匹配方案.优化后降低了车辆加速度和制动踏板侵入量等乘员伤害指标,提高了车体结构的耐撞性.本研究同时验证了基于自适应响应面法进行优化的可行性.     

基于正面25%重叠偏置碰撞测试的轿车改进设计

根据2012年8月美国公路安全保险协会新推出的车辆正面25%重叠碰撞测试规程对某款轿车进行碰撞仿真和试验,结合仿真和实车试验结果分析了车辆正面小重叠碰撞事故的特点,并根据评估规程评估该车的车体结构仅达到及格等级。为提高该车的碰撞安全性能,从车体结构设计和关键部件材料更换这两条途径对该车进行改进,改进后在同一工况下的仿真结果显示车辆的车体变形程度和乘员舱侵入量明显减小,车体结构评估等级提升为良好,说明改进后该车的碰撞安全性能有较大幅度的提高。     

新型柔性护栏矩形截面立柱优化

为找到新型柔性护栏碰撞安全性最好的护栏立柱截面,据中国新出台的评价标准,通过建立车辆、护栏有限元仿真模型,对新型柔性护栏碰撞安全性进行综合分析。基于UG建模、VPG前处理软件、LS-DYNA仿真软件,对所建"汽车-护栏"模型从车辆驶出驶离点后的运动轨迹、车体加速度等方面分析车辆撞击新型柔性护栏的碰撞安全性。并通过多轮数值正交试验设计的方法获得了护栏截面优化设计分析的最优截面,通过长沙理工大学大型结构碰撞试验室实车碰撞试验验证护栏对车辆的导向性。结果表明:仿真计算所得车辆碰撞后运行轨迹、车体加速度等护栏安全评价指标与试验结果一致,满足新法规评定标准要求。     

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。     

不同类型偏置碰撞的驾驶员腿部伤害对比研究

为了探讨不同类型偏置碰撞下驾驶员腿部伤害的差异性,本文在对C-NCAP40%偏置碰撞及IIHS 25%小偏置碰撞两种不同类型偏置碰撞试验的试验工况、假人腿部评价指标进行介绍的基础上,对某乘用车车型在上述两种试验下驾驶员的腿部伤害指标进行了对比研究,并从碰撞力的传递路径对其结果进行了分析。结果表明:由于碰撞中车身与壁障重叠率的不同导致不同的碰撞力传递路径,最终导致车身变形的差异。其中,25%小偏置碰撞对车身的破坏程度极大,试验后驾驶员侧的A柱严重变形,车身结构大量侵入到车内生存空间,故其假人腿部伤害值大于另外两种正面碰撞,尤其是驾驶员左腿伤害值。优化车身前端结构,增加A柱强度,最大程度保证驾驶舱腿部生存空间,才能有效提高小偏置碰撞中乘员的安全性能。     

基于C-NCAP五星碰撞的主体铝制纯电动车正碰车身框架结构设计

论文针对纯电动车与传统燃油车在造型和布置上的差异化特点带来的车身正碰框架中的设计难点和痛点,提出了一套完整、可行且有效的主体铝制量产正碰车身框架结构设计方法,此方法专门针对纯电动布置进行实体建模和正碰工况下的拓补优化设计,制定正碰主体铝材料结构设计方案,以实现吸能效率的提升,保障乘员舱的安全可靠性,同时兼顾轻量化和共线约束。基于CAE和试验验证结果,此设计车身各正碰指标均满足C-NCAP五星碰撞结构要求,比对ODB下的整车乘员伤害得分也满足相关要求,说明其可行有效性,为同类型车型的开发提供参考和指导。     

Mathematical model validated by a crash test for studying the occupant’s kinematics and dynamics in a cars’ frontal collision

The aim of the paper was to determine the kinematic parameters that influence the occupant injury risk through a mathematical model. The developed model is a 2D model composed of 4 bodies (2 vehicles, thorax and head). The head and thorax are interconnected with a rotation joint and a torsion spring meant to stiffen the relative movement between the bodies. The thorax is connected with the vehicle body by a linear spring meant to simulate the seatbelt stiffness. The model was solved using Lagrange principle and the validation of the model was made through a crash test performed using the same initial conditions and comparing the obtained values of the displacement, velocity and acceleration parameters with the ones obtained with the mathematical model. The head and torso were chosen due to the fact that they are the common parts of the body that get injured, especially the head with the change of 80 % to cause fatal injury in car’s frontal collision. Once the model was validated, the stiffness of the seatbelt was modified in order to determine the behavior of the occupant in case of car frontal collisions. When the seatbelt stiffness was reduced, the occupant displacement and velocity increased, while by increasing the stiffness, these parameters decreased. The values of the developed model presented a high degree of similarity with the results obtained from the crash test with an error of 10 %. This model can be used by engineers to easily asses the occupant injury risk in case of vehicle frontal collisions.     

纯电动轿车侧面碰撞安全性能提升

阐述了侧面碰撞评价性能指标,并给出了侧碰过程中典型的3种B柱变形模式。针对电动车与传统车的区别,分析了电动车与传统车在侧碰过程中车身损毁程度的不同和对假人造成伤害的不同。通过对某款电动车具体的侧碰分析和实车验证,指出了其B柱变形模式不好,容易对假人胸部造成伤害,接着剖析车身结构,提出改善方案,对B柱中上部结构进行加强,对其底部进行减弱。再次进行仿真分析验证,证实了改进方案的合理性。     

Seatbelt and seatback control for occupant protection in frontal automotive collisions

This paper investigates the potential benefits of an imminent collision prediction system for improving occupant protection in a frontal automotive crash. Knowledge of an impending unavoidable crash is assumed to be known 100 ms before the crash occurs. A three dof human occupant model is developed using a Lagrangian approach to represent occupant translation with respect to seat, torso rotation and neck rotation. The performance of traditional elastic seat belts is compared with that of an analytically calculated seat belt law in which the force values are calculated in real-time so as to just prevent collision with car interior. Simulations verify that the analytical seat belt force calculation results in less force on occupant for the same level of safety. Furthermore, results show that knowledge of a future collision can be used to pre-tension seat belts but can provide no additional benefits, if seat belts are the only means for active occupant protection. However, if seat tilt-back can be deployed using an on–off mechanism, such predictive knowledge of a future collision can provide significantly improved occupant protection in terms of preventing occupant collision with car interior.     

乘用车前端车体架构规划

随着中国新车评价规程C-NCAP 2021版和中国保险汽车安全指数C-IASI 2018的正式实施,市场对乘用车的全正面刚性壁障(Front Rigid Barrier, FRB)、50%移动渐进可变形壁障(Moving Progressive Deformable Barrier, MPDB)、25%小偏置刚性壁障(Small Overlap Rigid Barrier, SORB)和行人保护有了严格的检测标准。为此,汽车厂商和汽车设计研究机构都在寻找各方面(性能/质量/成本/空间/整车尺寸等)相对均衡的方案。根据碰撞的方向和位置的不同,车体可以分为前端、后端和侧端,针对乘用车前端碰撞密切相关的前端车体架构,在深入研究国内、国外汽车公司和研究机构的做法及建议的基础上,结合实车的仿真和试验,进行分析、探讨。     

Human body modelling for traffic accident analysis

A traffic accident is a complex phenomenon with vehicles and human beings involved. During a collision, the vehicle occupant is exposed to substantial loads, which can cause the occupant injuries that depend on the level of passive safety, as well as on the occupant's individual characteristics. Correct estimation of injury severity demands a validated human body model and known impact conditions. A human body modelling procedure for the purpose of accident analysis is introduced. The occupant body has been modelled as a multibody system with rigid body segments connected. Geometrical and inertial properties of individual body segments were estimated using computed tomography. Frontal impact conditions were simulated on a sled test facility, while the human body dynamic response was measured. Comparison of experimental data and computer simulation revealed an influence of joint resistive properties on the occupant motion in collisions. The difference between measured and simulated response was minimised using optimisation method. Individualised human body modelling procedure enabled better prediction of the occupant motion during vehicle collision and thus more precise estimation of possible injuries in real-life traffic accidents.     

AEB制动对碰撞事故中假人运动姿态及损伤程度的影响研究

随着汽车安全性能要求越来越高,自动紧急制动系统(Autonomous Emergency Braking,AEB)等主动安全配置在汽车上应用越来越广泛。本文针对碰撞前车辆AEB功能的启用对汽车被动安全阶段(100%正面碰撞,FRB)假人离位及损伤可能产生的影响进行探索研究。研究结果表明:AEB启动自动紧急制动功能,乘员假人的头部、颈部、胸部、骨盆部位会相对车辆有一定的前倾运动。并且车辆AEB自动紧急制动功能启动的情况下发生100%正面碰撞,驾驶员损伤值的增高均早于碰撞前车辆未配备AEB功能车辆驾驶员的损伤值,且最高损伤值小于碰撞前车辆未配备AEB功能车辆驾驶员的损伤值,对于骨盆部位则影响不大。碰撞前AEB自动紧急制动系统功能的启用会导致假人有一定的前倾离位,但不一定导致碰撞后假人损伤最高值的增大。     

商用车后下防护装置碰撞的计算机仿真研究

建立了后下防护装置的碰撞分析有限元模型,根据国家法规GB11567．2-2001进行碰撞仿真分析,通过多种结构方案的碰撞仿真对比分析,研究了后下防护装置结构设计对追尾碰撞性能的影响,提出了较佳的后下防护装置设计方案,对结构设计改进、减少和避免碰撞时对追尾车辆上乘员的伤害具有指导意义。