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。     

等效双阶梯形波法在正碰性能优化设计中的应用

车辆正面碰撞加速度波形可以简化为等效双阶梯形波,利用这一方法分析波形特征,指导车身结构正碰性能优化设计,具有重要的工程应用价值。本文以某车型车身结构优化设计为例,将碰撞加速度作为设计目标,应用等效双阶梯形波法将波形参数化,通过对比结构性能指标,确定优化方案。     

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。     

汽车前副车架脱落设计

为解决车辆短前悬在正面碰撞中能量吸收不足导致整车加速度波形增高,对乘员的伤害增大的问题,对汽车前副车架脱落设计进行研究分析,包含零部件试验设计和CAE模拟分析及系统级试验验证。实现了副车架在碰撞中的脱落,碰撞能量得到释放,动力总成可以下沉,增加了机舱的变形吸能空间。为碰撞加速度波形的控制提供了一种新的方法,同时也为新车型被动安全性能的开发提供了一种新的思路。     

基于客车乘员损伤的尖顶等效方波参数研究

本文中基于等效方波原理,结合有限元分析方法,研究某12 m客车正面碰撞加速度波形参数与乘员损伤的关系。首先以座椅滑车系统为研究对象,对比3种常用尖顶等效方波(TESW)(上升型、水平型和下降型)的乘员损伤情况。然后,研究下降型TESW回弹时刻参数t_m对乘员综合损伤WIC的影响规律。结果表明:对于12 m客车,下降型TESW优于其他两种等效方波。而在下降波形中,随t_m值增大,WIC呈勺形变化趋势,可拟合成三次回归方程。结合TESW模型简化推导过程可得到WIC最小时刻整车碰撞变形量C与t_m的关系式,为客车结构设计与乘员损伤研究提供参考。     

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。     

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%。     

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。     

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。     

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。     

车辆与弯道混凝土护栏碰撞的动态数值模拟及试验

对车辆与弯道混凝土护栏碰撞动态数值模拟结果和实车足尺碰撞试验结果进行对比分析，从车辆行驶轨迹、乘员冲击加速度以及车辆损伤形态3个方面，验证了动态数值模拟的准确性，并分析了弯道混凝土护栏曲线半径对乘员碰撞过程中所承受冲击加速度的影响；得到乘员风险的最不利护栏半径。结果表明：有限元仿真是进行汽车护栏碰撞研究的有效方法；弯道处护栏的形式对碰撞时乘员的安全有很大影响。     

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。     

汽车正面碰撞试验中后排乘员伤害特性的研究

提出了正面碰撞中后排乘员假人伤害的试验方法和评价指标。通过分析10个车型正面碰撞试验结果,得出了正面碰撞中后排乘员头部、胸部和大腿等部位的伤害特性。     

Crash analysis and dynamical behaviour of light road and rail vehicles

The main goal of crashworthiness is to ensure that vehicles are safer for occupants, cargo and other road or rail users. The crash analysis of vehicles involves structural impact and occupant biomechanics. The traditional approaches to crashworthiness not only do not take into account the full vehicle dynamics, but also uncouple the structural impact and the occupant biomechanics in the crash study. The most common strategy is to obtain an acceleration pulse from a vehicle structural impact analysis or experimental test, very often without taking into account the effect of suspensions in its dynamics, and afterwards feed this pulse into a rigid occupant compartment that contains models of passengers. Multibody dynamics is the most common methodology to build and analyse vehicle models for occupant biomechanics, vehicle dynamics and, with ever increasing popularity, structural crash analysis. In this work, the aspects of multibody modelling relevant to road and rail vehicles and to occupant biomechanical modelling are revised. Afterwards, it is shown how multibody models of vehicles and occupants are used in crash analysis. The more traditional aspects of vehicle dynamics are then introduced in the vehicle models in order to appraise their importance in the treatment of certain types of impact scenarios for which the crash outcome is sensitive to the relative orientation and alignment between vehicles. Through applications to the crashworthiness of road and of rail vehicles, selected problems are discussed and the need for coupled models of vehicle structures, suspension subsystems and occupants is emphasized.     

小空间车型第2排乘员保护性能优化

为了研究小空间车型第2排乘员在正面碰撞过程中受到的伤害,利用仿真分析的手段,对比分析了不同的车体碰撞波形、乘员布置空间以及约束系统性能参数对第2排乘员伤害的影响,确定了安全带限力等级、车体碰撞波形及第2排座椅坐垫的布置角度是影响第2排乘员保护安全性能的关键因素.针对第2排乘员布置空间较小的车型,在保证第2排假人头部伤害满足目标要求的情况下,减小安全带的限力等级,增大第2排假人头颈部及胸部的前移量,以降低假人颈部及胸部的伤害,从而有效改善了第2排乘员的伤害情况.     

面向C-NCAP的轿车乘员约束系统性能改进研究

以C-NCAP评价为目标,利用MADYMO仿真技术对某乘用车乘员约束系统进行改进,并通过实车碰撞试验验证改进方案的效果.仿真与试验的结果表明,改进方案显著提高约束系统的性能,增强了其在碰撞过程中对乘员的保护效果.     

从道路交通事故研究看我国汽车正面碰撞法规试验形式

基于我国道路交通深度事故调查中所得数据,从碰撞位置与重叠率、碰撞速度和人员伤亡等方面,分析100%重叠率刚性固定壁障碰撞试验和40%重叠率偏置可变形壁障碰撞试验与我国交通事故形态和人员伤害与特征的关联度.讨论现有正面碰撞法规的试验形式的局限性,并论证了将偏置正面碰撞推荐性标准纳入我国正面碰撞强制性标准体系的必要性和紧迫性.     

Development and validation of side-impact crash and sled testing finite-element models

Side-impact collisions are the second leading cause of death and injury in the traffic accidents after frontal crashes. Side-impact airbags, side door bars and other protection techniques have been developed to provide occupant protection. To confirm the effectiveness of protection equipment installed in vehicles, studying the degree of impact is fundamental to understand the effect of automobile collisions on the human body. Therefore, the dynamic response of the human body to traffic accidents should be analyzed to reduce the level of occupant injuries. Generally, the experimental method is complex and expensive. Recently, numerical crash simulations have provided a valuable tool for automotive engineers. This work presents full-scale and sled side-impact test finite-element (FE) models - based on the Federal Motor Vehicle Safety Standard No. 214 - that simulate a side-impact accident. The crash simulations utilized the LS-DYNA finite-element code. The human body's dynamic response to crashes is discussed herein. Additionally, occupant injuries were measured. To verify the accuracy of the proposed crash test and sled test FE models, simulation results are compared with those obtained from experimental tests. The comparison results indicate that the proposed crash test and sled test FE models have considerable potential for assessing a vehicle's crash safety performance and assisting future development of safety technologies.     

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。