正面100%重叠刚性壁障碰撞试验仿真中三岁儿童乘员的损伤评价

本文中应用已验证的具有详细解剖学结构的国人三岁儿童乘员生物力学模型，根据C-NCAP(2021版)要求，建立正面100%重叠刚性壁障碰撞试验模型进行仿真，以对比三岁儿童乘员在不同约束系统中头部、胸部的运动学和生物力学响应，对汽车碰撞中三岁儿童乘员保护进行分析评估。结果表明：使用安全带能大概率降低儿童乘员在汽车碰撞中遭受损伤的风险，五点式安全带对三岁儿童乘员的保护性能优于三点式安全带。应用具有高生物仿真度的儿童乘员生物力学模型，能应用生物力学评价参数对儿童乘员损伤机理进行深度分析，进而对儿童保护装置和试验车型进行全方位多层次的评估。     

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。     

不同坐姿的6岁儿童乘员在MPDB碰撞测试中头颈部损伤评价

本文中建立了具有详细解剖学结构且经过验证的3种不同坐姿6岁儿童乘员有限元模型,并施加以某款SUV 50％重叠移动渐进变形壁障(mobile progressive deformable barrier,MPDB)碰撞试验获得的减速度曲线,通过对比不同坐姿下头颈部运动学和脑组织生物力学参数,探究坐姿对6岁儿童头颈部损伤程...     

面向“离位”儿童乘员的常开式安全气囊优化设计

儿童乘坐校车时常呈现多种"离位"坐姿,有必要开展多种儿童坐姿下,常开式安全气囊的优化设计研究,明确12岁儿童的损伤阈值。为此构建并验证校车的仿真模型,搭建校车和常开式安全气囊的耦合模型。选取躺卧坐姿、右倾坐姿作为12岁儿童乘员的典型"离位"坐姿,并针对正常坐姿、躺卧坐姿和右倾坐姿,以加权伤害指标为优化目标,基于响应面代理模型和改进型NSGA-Ⅱ算法,权衡确定常开式安全气囊的主要设计参数的最优配置为:泄气阀开度199.73%、泄气阀开启压力1.1628×105Pa、安装点高度0.362 8 m和中部拉带长度0.315 2 m。结果表明:3种儿童坐姿下,具备最优配置的常开式安全气囊能够最大限度地提升12岁儿童乘员的安全性。     

AEB与可逆预紧安全带联合作用下乘员保护效果研究

针对自动紧急制动系统(AEB)导致乘员在碰撞前出现身体前倾和离位的现象,提出了使用可逆预紧安全带可以改善该现象,并且研究了在AEB和可逆预紧的联合作用下对不同坐姿乘员的保护效果。建立了某车型驾驶员侧包括正常坐姿和四种离位坐姿的约束系统仿真模型,并进行了验证。以五种坐姿乘员为研究对象,分别对比无AEB无可逆预紧,有AEB无可逆预紧,以及有AEB有可逆预紧三种情况下乘员的位移和损伤。结果表明:在只有AEB的作用下,碰撞发生后会增加乘员的离位,当初始坐姿为离位状态时更加严重,导致局部损伤增加,尤其是胸部损伤。在AEB和可逆预紧的联合作用下,各种坐姿下由AEB导致的离位得到改善,对于前移直立坐姿OOP02和左倾坐姿OOP03还能起到纠正初始离位的作用,各部位损伤指标和损伤风险也明显降低。     

用于儿童头部损伤生物力学研究的碰撞理论模型建立及验证

机动车事故和跌落等碰撞工况是造成儿童头部受伤的重要原因,研究碰撞过程中儿童头部的动力学响应对于头部损伤的预测具有重要意义。头部动力学模型能够快速预测不同碰撞场景下头部动态响应结果并进而预测头部损伤风险。首先,建立考虑颅骨及皮肤厚度和形态曲率的儿童头部碰撞理论模型用于预测儿童头部在碰撞工况下的响应。然后,通过儿童头部CT扫描提取颅骨及皮肤几何结构,对颅骨和皮肤三维重建后进行分割和定量离散,分别得到能描述颅骨内侧、颅骨外侧及皮肤形态的离散点集群,通过计算得到碰撞点周围的平均曲率与厚度,基于建立的头部碰撞理论模型可计算不同碰撞位置(不同厚度和曲率)的碰撞力。最后,通过碰撞试验对建立的碰撞理论模型进行验证,使用不同年龄的小型猪头部作为儿童头部的代替品进行碰撞试验,将试验结果与上述建立的理论模型对小型猪头部碰撞响应的预测结果(基于小型猪头部的真实的形态曲率、皮肤和颅骨厚度数据)进行对比。研究结果表明：建立的理论模型可以较为准确地预测碰撞脉宽和最大碰撞力;提出的儿童头部碰撞动力学理论模型能够快速预测头部不同碰撞位置的动力学响应,可以为儿童头部损伤的进一步研究提供参考和理论支撑。     

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。     

基于行人碰撞事故重建的颅脑损伤准则效能研究

为了深入研究不同颅脑损伤准则对道路交通事故中行人颅脑损伤的预测与评价性能,从已有的交通事故调查数据库中选出可以用于进行事故虚拟重建且具有详细人体颅脑伤情记录的10例行人车辆碰撞事故案例,采用多刚体动力学和有限元分析方法,对事故中人和车辆运动学响应及行人颅脑损伤情况进行虚拟重建,在此基础上,采用LASSO回归分析方法分析了多个基于人体头部运动学响应的颅脑损伤准则与事故中行人颅脑损伤的相关性;借助文献中的损伤风险曲线,分析了不同基于脑组织应变的损伤准则与行人典型颅脑损伤（弥散性轴索损伤和脑挫伤）之间的关系。研究结果表明：在多个基于人体头部运动学响应的颅脑损伤评价准则中,同时考虑头部线性和旋转运动,且体现头部碰撞功率的头部碰撞能量（HIP）准则能最有效地评价真实的颅脑损伤;基于脑组织应变的颅脑损伤准则中,累计应变损伤测量（CSDM）准则相对于最大主应变（MPS）准则能更有效地评价典型弥散性脑损伤（DAI）,而扩张损伤测量（DDM）准则所反映的脑挫伤程度远低于真实的损伤状况,所以该准则难以准确预测脑挫伤的损伤风险。     

行人头型撞击前风挡玻璃区域的损伤风险分析

针对行人头部防护开展研究,建立了符合GTR要求的4.5kg成人头部模型.通过虚拟试验方法使用成人头部模型对轿车前风挡玻璃进行冲击分析,比较不同碰撞部位及相关结构对人体头部损伤评价指标的影响.结果表明,头部损伤风险表现出明显的区域分布趋势,针对特定结构进行设计,可以有效降低风挡玻璃导致头部损伤的风险.     

行人-车辆碰撞中六岁儿童下肢损伤分析及预测

为揭示汽车-行人碰撞事故中车辆前端结构和速度对儿童行人下肢损伤的差异成因及损伤机理，本研究应用符合我国体征且具有详细解剖学结构的六岁儿童行人损伤仿生模型（TUST IBMs 6YO-P），设置了32组涵盖4类常见车型和8种碰撞速度的汽车-行人碰撞仿真，分析下肢运动学和生物力学响应，采用非线性回归建立预测模型对下肢损伤进行评估。结果表明，碰撞速度对儿童下肢长骨骨折和膝关节损伤有直接影响，汽车前保险杠高度影响股骨的损伤程度和膝关节弯曲角度，扰流板离地高度影响胫、腓骨损伤的严重程度。分析膝关节弯曲角度和韧带断裂数据，得出当膝关节弯曲角度分别超出25.9±0.9°、38.6±0.7°、43.2±0.2°时，撞击侧内侧副韧带（MCL）、前交叉韧带（ACL）、后交叉韧带（PCL）发生断裂，基于碰撞速度和前保险杠高度建立的膝关节弯曲角度预测模型，经反求验证该模型可以有效预测膝关节损伤。综合儿童行人下肢长骨骨折评价参数和所建立的小腿弯矩预测模型，发现碰撞速度高于17.94 km/h将会造成儿童小腿骨折。该研究为行人安全法规制定、行人保护装置研发、AEB系统设计和数字化测评提供科学的参考依据。     

基于NSGA-Ⅱ的主动式安全气囊参数优化

校车乘员约束系统是保护儿童乘员碰撞安全的关键。本文中对主动式安全气囊的拉带长度、气体质量流率、气囊安装位置、排气孔开度、气囊初始压力、排气起始压力和座间距等7个控制参数对6岁儿童乘员的保护效果进行研究。通过灵敏度分析法,得到对6岁儿童乘员保护的关键参数为拉带长度、排气孔开度、排气起始压力和座间距。利用拉丁超立方试验设计和多项式响应面模型,构建了综合损伤指标、颈部损伤指标和主动式安全气囊关键参数的代理模型。采用非支配遗传算法,对综合损伤指标WIC和颈部损伤指标N_(ij)进行多目标优化。结果表明,在拉带长度为0.205 m、排气孔开度为200%、排气起始压力为1.15×10~5 Pa和座间距为0.65 m时,综合损伤指标WIC和颈部损伤指标N_(ij)同时取得较小值,分别下降了60.75%和60.94%,实现了在提高儿童乘员的综合保护效果的情况下尽可能减少儿童乘员颈部损伤的目标。     

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%。     

儿童座椅对正面碰撞后排儿童假人伤害的影晌

随着汽车被动安全的发展,对于儿童乘员的保护日益受到重视。C-NCAP2012版中,要求在正面碰撞试验后排放置P3儿童假人．用于评价儿童约束系统。文章按照要求首先对比了各国法规中儿童假人的伤害评价方法,通过对不同车型试验数据的研究,讨论后排儿童假人伤害情况。并根据不同的因素,尤其是儿童安全座椅形式,对结果的影响进行分析。结果表明,上拉带式座椅保护效果最好;坐姿较直时对胸部伤害较小,但对头部伤害较大。该研究对于儿童假人的被动安全研究具有很强的实际意义。     

乘员与安全气囊初始距离对轻度脑损伤的影响

基于已构建且经验证的成人第50百分位头部有限元模型,在LS-DYNA软件中模拟头部与安全气囊不同初始距离的碰撞过程,探究汽车碰撞中安全气囊与头部不同初始距离对乘员轻度脑损伤的影响。仿真中测得颅脑响应参数如HIC_(15)值、脑灰质处压力、脑组织von Mises应力、脑剪切应力等。对结果的分析表明:当乘员头部与安全气囊的距离大于等于290 mm时,引发轻度创伤性脑损伤的概率均低于50%;随着头部与安全气囊的距离减小,颅脑响应参数值会增大,造成颅脑损伤的概率增大。因此汽车碰撞过程中,尽管乘员合理使用安全带,但当乘员头部与安全气囊距离过近时也会引发轻度创伤性脑损伤,建议两者距离应大于290 mm。     

面向行人综合保护的汽车前部结构参数优化

针对行人头部和下肢的综合保护,建立了行人汽车碰撞的多刚体模型.选取保险杠、发动机罩和风窗玻璃等的诸多几何参数作为设计变量,以行人头部和下肢损伤指标最小为优化目标,采用基于Pareto最优的多目标遗传算法对汽车的前部结构参数进行了优化.结果表明,发动机罩与水平面的夹角对头部损伤影响最大,保险杠离地高度对下肢损伤影响明显,优化得到的3组结构参数对行人综合保护有较好的效果.     

CRS不同约束方式对P3乘员保护的研究

在第I质量组中,P3假人的约束方式为五点式约束即CRS自身安全带约束;在第II质量组中,P3假人的约束方式是三点式约束即成人安全带约束。基于以上规定,文章以强制性3C认证试验结果为依据,在其他试验条件都相近的情况下,通过两种约束方式下的试验数据的比对可知,三点式约束系统能够更加有效地减小儿童乘员的头部位移,五点式约束可以有效地减小儿童乘员的胸部加速度,结合儿童乘员损伤机理,在交通事故中应更加注重对儿童乘员头部的保护,因此本文认为对于2~4岁左右的儿童乘员,应尽量使用成人安全带约束。     

汽车预碰撞制动下乘员离位影响及参数优化分析

对于汽车制动后发生的碰撞工况，乘员前倾将会增加人体损伤风险。本文进行了汽车预碰撞制动下乘员离位影响及参数优化分析研究。通过实车制动试验得到车辆在不同制动工况下的乘员颈部前向位移量分布区间；建立了MADYMO主动人体仿真模型，采用变量分析法研究不同制动波形下乘员离位特征；运用正交设计方法进行滑台碰撞试验，得到乘员离位因子对乘员碰撞损伤影响；建立乘员响应面模型，采用中心复合试验设计（Central composite design）方法，研究了主动式安全带参数与乘员离位位移之间的相关性，通过优化设计，得到了最优参数组合。     

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%。     

头颅撞击发动机罩板的危害性研究

根据赫兹接触定律和头皮的粘弹性特性对撞击吸能的影响，建立了由各向同性材料组成的球壳模型撞击四边简支的矩形板的动态响应模型，该模型仿真结果与试验结果吻合的较好，同时依据头部损伤的评价标准，分析了碰撞速度，碰撞角度，撞击质量，头部的直径，被撞结构的厚度以及撞击的位置等对头部损伤的影响，对有保护行人头部功能的车身结构设计将会起到一定的指导作用。