基于行人腿部与汽车前保险杠碰撞安全性仿真研究

论文摘要

行人作为道路交通使用者,其事故发生率极高,已成为世界各国高度重视的公共安全问题和社会问题。国外许多汽车工业发达国家将行人保护纳入法规并实施,其中欧洲行人保护法规已进入要求更为严格的第二阶段,新的欧洲新车评价体系也更加注重对行人的保护。我国作为发展中国家,基础设施相对薄弱,人-车混合的道路交通情况复杂,直接导致了交通事故中较高的行人伤亡率。因此,研究如何改变汽车前部结构来提高对行人下肢的保护,减少对行人的伤害具有重要意义。根据我国最新推荐实施的行人保护标准,本文利用计算机仿真的方法,对行人安全性研究中占重要地位的腿部与轿车前部保险杠的碰撞安全性展开研究。论文分析了国内外行人保护研究的现状及发展趋势,介绍了腿部被动防护技术及下肢冲击器发展概况;以人-车碰撞事故特征、人体腿部损伤机理为基础,行人安全性评价试验方法为准则,利用HYPERMESH软件建立汽车前部简化模型、行人下肢-汽车前部结构模型,并利用LS-DYNA进行相应的求解;根据行人保护标准规定的腿部损伤评价指标（胫骨加速度、膝关节弯曲角度及剪切位移）对模型进行分析研究,并依据仿真结果对汽车前保险杠部位作了增加泡沫吸能材料、降低保险杠高度及缩小前伸量的改进,建立并模拟仿真了保险杠安全气囊模型;最后,结合该车型的行人腿部碰撞安全性,提出了满足法规要求的汽车前部结构改进方案。本文的研究工作是对我国行人安全保护的有益探索,总结出一些通用的有利于行人保护的车辆被动安全性设计和改进思路,提供了有效的仿真分析方法,研究成果可为我国开展行人保护的研究提供一些参考和帮助。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外行人保护研究现状
• 1.2.1 行人安全研究的主要内容及方法
• 1.2.2 行人保护法规
• 1.2.3 行人下肢安全被动防护技术应用
• 1.3 本文主要研究内容及方法
• 第二章 人-车碰撞事故特征及行人腿部损伤机理
• 2.1 人-车碰撞交通事故的特征研究
• 2.2 人体下肢损伤研究
• 2.2.1 碰撞损伤的分类
• 2.2.2 人体下肢损伤机理
• 2.2.3 下肢损伤耐受限度
• 2.3 人体下肢损伤的研究方法
• 2.3.1 志愿者试验、动物试验
• 2.3.2 人类尸体试验
• 2.3.3 机械模型试验
• 2.3.4 数学模型
• 2.4 本章小节
• 第三章 行人安全性评价试验方法及下肢冲击器研究
• 3.1 行人安全性评价试验方法
• 3.1.1 全尺寸模型碰撞试验
• 3.1.2 冲击器冲击试验
• 3.1.3 GB/T 24550-2009 试验
• 3.2 下肢冲击器发展概况
• 3.2.1 EEVC/TRL 下肢冲击器
• 3.2.2 日本下肢冲击器
• 3.2.3 LSTC 下肢冲击器
• 3.2.4 Sensor Leg 冲击器
• 3.3 下肢冲击器碰撞区域研究
• 3.3.1 保险杠区域划分
• 3.3.2 冲击器的位置补偿
• 3.4 本章小节
• 第四章 下肢-汽车有限元模型的建立及参数设置
• 4.1 仿真分析软件介绍
• 4.1.1 前处理HYPERMESH 简介
• 4.1.2 求解器LS-DYNA 简介
• 4.1.3 后处理LS-PREPOST 简介
• 4.2 汽车有限元模型验证及简化
• 4.3 有限元建模中的若干关键问题
• 4.3.1 基本假设
• 4.3.2 参数量纲
• 4.3.3 网格划分
• 4.3.4 单元特性
• 4.3.5 算法问题
• 4.3.6 材料属性
• 4.3.7 下肢冲击器有效性验证
• 4.4 下肢冲击器-汽车整合模型的条件设置
• 4.4.1 连接、约束设置（边界条件）
• 4.4.2 接触定义
• 4.4.3 沙漏控制
• 4.4.4 时间步长控制
• 4.4.5 输出信息控制
• 4.4.6 模型计算参数设置
• 4.5 本章小节
• 第五章 行人下肢损伤的参数分析及汽车前部优化
• 5.1 原始模型下肢保护评价
• 5.2 保险杠部位优化方法及仿真分析
• 5.2.1 增加保险杠泡沫吸能块
• 5.2.2 改变保险杠的高度及前伸量
• 5.2.3 保险杠安全气囊设计
• 5.2.4 基于行人保护的汽车前部改进方案
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 创新点
• 6.3 展望
• 致谢
• 参考文献
• 在学期间发表的论著及取得的科研成果