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。     

正碰下6岁儿童乘员的胸部运动学方程与损伤风险分析

为厘清正面碰撞中6岁儿童乘员胸部损伤机理,基于ECE R129法规,选取某款儿童约束系统（CRS）,对比Hybrid Ⅲ 6YO假人模型与THUMS 6YO人体有限元模型在正面碰撞中的运动学响应与损伤指标的差异;用Hybrid Ⅲ 6YO假人模型,建立胸部动力学方程,分析正碰中内外力对胸部加速度的影响;对THUMS 6YO人体有限元模型的肋骨、心脏和肺部的应变进行分析,得出儿童乘员的胸部损伤风险。结果表明：Hybrid Ⅲ 6YO假人模型所受到的颈部力与安全的肩带力对胸部加速度的影响较大。THUMS 6YO人体有限元模型的胸部质心合成加速度52.1g,Hybrid Ⅲ 6YO假人模型的加速度38.8g,两者均低于法规规定的参考数值。     

基于数值生物力学模型的汽车正面碰撞中肥胖驾驶员头颈部损伤研究

以THUMS男性50百分位有限元模型为研究对象,使用Hypermesh软件中的Hypermorph功能对THUMS男性50百分位有限元模型进行网格变形,得到一系列不同BMI的肥胖有限元模型.建立了汽车正面100％重叠率碰撞仿真模型,对比了肥胖乘员与非肥胖乘员头、颈部的损伤差异.研究表明,头部损伤部分,BMI并未对HIC...     

汽车碰撞中颈部肌肉组织神经兴奋性对乘员损伤影响的研究

为研究汽车碰撞中神经兴奋性引起颈部肌肉力的变化对乘员损伤的影响,建立了低速正面碰撞与追尾碰撞模型,对乘员运动响应进行了仿真分析。然后使用汽车驾驶模拟器采集真实驾驶员颈部主要肌肉的肌电信号,验证了仿真结果的有效性。结果表明,在低速工况下,颈部肌肉紧张会约束头颈部的运动,头部有后倾上扬趋势,颈部受力大小有所增加。考虑颈部肌肉组织的神经兴奋性,能更真实地再现碰撞中乘员头部和颈部的运动响应,为颈部损伤评价准则的修正和乘员心理和生理变化对人体损伤影响的研究提供参考。     

基于反馈控制的人体颈部肌肉主动力建模

鉴于用于汽车交通事故仿真研究的人体有限元模型中肌肉主动力的缺失,制约着人体损伤机理的全面认知,建立肌肉主动力数学模型,获得生物逼真度高的仿真结果,以评估主动安全系统的功效,具有重要意义。本文中基于人体头颈部有限元模型,采用LS-DYNA关键字编写反馈控制程序,对颈部肌肉实现肌肉主动力控制,在有限元模型中实现肌肉主动力模拟,并与基准模型和志愿者碰撞试验进行对比分析,结果表明,添加了肌肉主动力反馈控制的头颈部有限元模型的动力学仿真结果更贴近乘员的真实响应,肌肉主动力在提高有限元人体模型生物逼真度方面具有重要作用。     

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...     

丰田改进虚拟人体模型“THUMS”——应对包括自动驾驶车辆在内的未来用车场景

<正>丰田汽车公司与丰田中央研究所共同改进了用于电脑分析汽车碰撞事故中人体损伤状况的虚拟人体模型THUMS(Total Human Model for Safety),并于2月8日发布销售"THUMSVersion6"。THUMS Version 6除了具备精细的内脏模型外,还拥有可模拟驾驶员的紧张状态以及放松状态等各种肌肉力量状态的肌肉模型,从而对应随着自动驾驶车辆普及带来的乘员乘坐姿势的多样化,实现更高精度的分析。     

中低速碰安全带点火对驾驶员胸部损伤的影响分析

针对多款车型正碰过程中的驾驶员胸部伤害情况,基于THUMS有限元假人搭建驾驶员DYNA约束系统仿真模型,并对其胸部损伤情况进行了分析。在此基础上,进一步研究了在中低速碰撞下,安全带点火对THUMS人体模型胸部损伤的影响。结果表明:所研究的几款配有预紧安全带的车型,安全带点火的临界速度范围为25~30km/h。     

主动式安全头枕的开发与仿真研究

提出了一种基于碰撞加速度信号控制的主动式安全头枕结构,建立并验证了某车型的驾驶员座椅有限元模型,利用有限元软件LS-DYNA和多刚体软件MADYMO建立了该座椅和BioRIDII假人的耦合计算模型,利用该模型进行了乘员在追尾碰撞中的动力学响应仿真。结果表明,所设计的主动式安全头枕在追尾碰撞中可使乘员颈部损伤指数NIC值比原结构降低33.8%。     

能够模拟颈部肌肉主动力的混合假人模型

构建了具有颈部肌肉精确几何结构和主被动响应的混合假人有限元(FE)模型,以便研究前碰撞形式下,肌肉作用下的颈部损伤机理,这对于汽车乘员保护安全性设计很重要。用已建立并验证的50百分位男性有限元头颈部生物力学模型,来替换50百分位男性HybridⅢ假人原有头颈部;采用美国海军生物力学实验室15g前碰撞志愿者台车实验数据,对该模型进行验证。结果表明:模型输出的头部质心线加速度、角加速度、头部转动角度、以及颈部转动角度,均能较好地拟合实验通道曲线。因此,该模型可用于车辆交通事故中人体头颈部损伤生物力学研究。     

人体有限元模型THUMS用于正面碰撞乘员损伤研究

用第4代新版丰田人体模型THUMS(Total Human Model for Safety),分析研究了正面碰撞对于乘员人体模型的头部﹑胸部﹑腿部的伤害。基于国内某款运动型多功能车(SUV)零部件试验和正面碰撞试验,利用动态非线性显式有限元方法,建立了有限元约束系统模型,用Hyperworks软件作为前后处理器,用动力学分析软件LS-Dyna为求解器的仿真模式。结果表明:该款THUMS人体模型头骨最大压应力2.4 MPa,颅内压应力44 k Pa,头部无损伤风险;股骨﹑胫骨最大应变0.4%,左右十字韧带应变3.6%,腿部无损伤风险。上肋骨应变大于3%,胸部压缩量达到30 mm,造成胸部简明损伤等级三级(AIS3)的概率为30%。因此,该碰撞工况下最有可能受伤的部位是胸部。     

使用人体颈部有限元模型研究汽车后碰撞中的颈部损伤

在50百分位HYBRIDⅢ模型的基础上引入了HBM-neck人体颈部有限元模型,建立了后碰撞的有限元仿真模型,研究了后碰撞中人体颈部的动力学响应过程和座椅特性对颈部损伤的影响。结果表明,HBM-neck人体颈部模型可以很好地预测后碰撞中颈部的损伤风险。座椅结构对颈部损伤有很大影响,装配位置良好的头枕和通过可变形调角器提高座椅吸能性能可有效地减小颈部软组织的损伤。     

后排乘员安全带约束系统研究

为提高不同体型后排乘员的安全性，针对后排乘员在50 km/h下100%正面碰撞工况的损伤进行了仿真分析。首先建立后排乘员约束系统模型并进行了验证，然后分别采用THUMS＿AM50、THUNS＿AF05、CHARM-70模型模拟不同体型的后排乘员，并分别施加恒定加载限制（Con-LL）曲线、渐进加载限制（Pro-LL）曲线、递减加载限制（Dig-LL）曲线以探究安全带加载曲线对不同体型乘员的适应性。结果表明：该工况下乘员的颈部韧带损伤风险较大；遭受正面碰撞时，Dig-LL曲线对CHARM-70保护作用明显，但是对THUMS＿AM50保护效果较差；Con-LL曲线不适用于该工况下对THUMS＿AM50和CHARM-70的保护；Pro-LL曲线对THUMS＿AM50和THUNS＿AF05保护效果较好。未来安全带约束系统应根据乘员类型和碰撞工况适配不同的加载曲线，以更好地保护乘员。     

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。     

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。     

电动两轮车及自行车与汽车碰撞损伤对比分析

为研究不同条件下与汽车碰撞时电动两轮车骑行者与自行车骑行者的碰撞损伤差异,以车速和碰撞位置为变量,利用有限元分析软件对THUMS人体模型进行了16组仿真,分析了骑行者头部、胸部和下肢的动态响应参数.结果表明:位置一定,汽车车速分别为30 km/h、40 km/h、50 km/h,两轮车车速分别为5 km/h、15 km...     

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。     

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。     

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.