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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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...     

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。     

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。     

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%。     

汽车正面碰撞法规中乘员保护指标探讨

比较美国、欧洲等国和我国汽车正面碰撞法规中对乘员保护指标的规定,结合人体冲击损伤机理和耐受极限的相关研究,分析我国法规中头部伤害指标HPC的不合理之处。在分析实车碰撞试验数据和模拟计算的基础上,指出我国正面碰撞法规中乘员保护指标的不完备性,并探讨影响伤害指标结果的一些因素。     

基于有限元分析的乘用车前纵梁安全设计

为提升车辆撞击事故乘员的安全性,从诱导孔个数、前纵梁材料和梁壁厚三个方面对汽车前纵梁进行了优化设计。将上述三个方面作为影响因素进行了正交试验设计,按照正交表在LS-DYNA当中进行了整车碰撞及台车试验,以头部损伤HIC值作为乘员损伤评价标准,通过极差分析确定了最优汽车前纵梁参数,提高了汽车碰撞中乘员的安全。     

驾驶员安全气囊模块(Driver Airbag Modules)

近年来,随着汽车保有量持续增加,道路交通事故发生率也逐年上升。汽车安全性能也得到社会各方面的普遍关注。汽车安全性通常分为主动安全性和被动安全性。被动安全性包括合理的车身结构安全性和乘员约束系统。车身结构件变形吸收能量以减轻对乘员的冲击,利用乘员约束系统最大限度地保护乘员并减轻乘员和车内部件发生二次碰撞可能造成的“二次伤害”。汽车被动安全性能是在事故发生时,最大限度地减少乘员的伤害。汽车事故主要有正面碰撞、侧面碰撞、追尾碰撞和车辆滚翻等。美国是最早制定正面碰撞安全法规(FHVSS208)国家。1999年美国NHTSA统计,汽车碰撞事故中,正面碰撞约占49％,侧面碰撞约占25％,追尾碰撞约占22％,汽车碰撞试验重点是正面碰撞。 为了满足强制性碰撞法规,法规要求需配备安全气囊系统,为车内乘员在车辆发生正面碰撞时提供更好的保护。如果没有安全气囊,即使使用了安全带的乘员,特别是驾驶员,在严重的碰撞中,他们的头部、脚部、颈部也会与汽车内饰发生碰撞,安全气囊对降低正     

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。     

汽车侧面碰撞下乘员骨盆响应的模拟方法

本文以多体系统理论为基础,应用碰撞伤害模拟软件MADYMO建立了基于美国韦恩州立大学侧面碰撞台车试验基础上的三维多体数值仿真模型.此仿真模型包括选用的MADYMO数据库中的BIOSID侧碰假人模型、Heidelberg型座椅模型、相关台车环境模型及缓冲材料模型.应用模型分四种碰撞条件进行了模拟研究,通过比较分析模拟结果与台车试验结果在量值和变化趋势两方面的一致性,验证了所建数值仿真模型的有效性,为应用此模型进行侧面碰撞下乘员骨盆响应的研究提供了有效手段.     

乘员骨盆侧面碰撞响应的数值仿真

以多体系统理论为基础,应用碰撞伤害模拟软件MADYMO建立基于美国韦恩州立大学侧面碰撞台车试验基础上的三维多体数值仿真模型。此仿真模型包括选用的MADYMO数据库中的BIOSID侧碰假人模型、Heidelberg型座椅模型、相关台车环境模型及缓冲材料模型。应用模型分4种碰撞条件进行模拟研究,通过比较分析模拟结果与台车试验结果在量值和变化趋势两方面的一致性,验证所建数值仿真模型的有效性,为应用此模型进行侧面碰撞下乘员骨盆响应的研究提供有效手段。     

新版C-NCAP侧面碰撞假人损伤研究

基于某车型的开发需求,采用新旧两种不同的侧面碰撞测试方法,对某车型进行了两次侧面碰撞试验,探究新的评价方法下,乘员保护面临的挑战。两种试验方法分别采用ES-2假人配合EEVC 2000可变形移动壁障和World SID50th假人配合碰撞中心后移以及保险杠高度提高的AE-MDB可变形移动壁障。试验结果表明,新的侧面碰撞测试方法对汽车侧面安全性能的要求更为严苛,主要体现在前排假人上肋骨损伤显著增加,后排乘员的头部损伤及盆骨损伤也明显增加。在新的侧面碰撞方案实施时,新的约束系统开发需要提高对前排乘员胸部及后排乘员的保护。     

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。     

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。     

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。