正面碰撞中儿童约束系统正确应用及误用的仿真研究

论文摘要

在我国,私人汽车保有量正在飞速增长,但是这并未增加公众对儿童乘车安全的关注。主要原因是由于我国对儿童乘员安全保护方面的研究起步较晚,社会宣传不足,汽车儿童安全座椅的概念非常薄弱,国家也还未发布儿童乘车安全方面的行业标准。自从上世纪70年代开始,欧美等发达国家就开始了对保护儿童乘车安全课题的各项研究,很多国家都制定了相当严格的法律、法规、行业准则对其生产和使用进行指导和规范。所以借鉴欧美发达国家的研究成果和成熟经验,提高国内研究水平,对我国儿童乘员约束系统的研究具有重要意义。除儿童座椅本身能对儿童提供适当的保护之外,儿童座椅能否正确,稳固的安装在汽车座椅上,更是儿童座椅安全性的重点。本文主要对市场上常见的几种儿童座椅固定装置进行了仿真分析及评价:首先,基于ECE R44正面碰撞台车试验,建立了3岁儿童约束系统的仿真模型,对比仿真与试验结果,验证了该仿真模型的有效性。在此基础上建立了儿童座椅六种安装方案的计算机仿真模型:(1)三点式安全带安装儿童座椅,无顶部栓带;(2)LATCH安装儿童座椅,无顶部栓带;(3)ISOFIX安装儿童座椅,无顶部栓带;(4)三点式安全带安装儿童座椅,有顶部栓带;(5)LATCH安装儿童座椅,有顶部栓带;(6)ISOFIX安装儿童座椅,有顶部栓带。通过对比6种情况下儿童假人的运动学和动力学响应来分析不同固定装置对儿童乘员损伤的影响;其次,建立了几种误用仿真模型,分析了不同固定方式的误用风险;最后,对儿童座椅后向安装时的三种固定方式进行分析评价,进一步了解固定装置的影响作用。研究结果表明,三点式安全带安装的儿童座椅,有顶部栓带的情况下,儿童损伤风险最低;LATCH安装的儿童座椅,没有顶部栓带时,儿童的损失风险最高,有顶部栓带时,对儿童安全具有较好的保护作用;ISOFIX安装的儿童座椅,儿童头部的前向移动量最小,没有顶部栓带时,儿童头部加速度最低,相对于其他两种固定方式,具有较好的保护效果,但是在有顶部栓带时,儿童乘员的损伤风险增高。ISOFIX的固定方式比其他两种方式的误使用率更低,成人安全带和LATCH装置的松弛对儿童乘员的损伤影响很大。从本文看出,对于柔性连接,顶部栓带对减少儿童损伤具有很大作用;综合考虑误用几率和对儿童损伤影响,ISOFIX具有很大的优越性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究的背景及意义
• 1.2 本文研究的目的和内容
• 第2章 儿童乘员乘车安全研究
• 2.1 儿童乘员损伤机理
• 2.2 儿童约束系统
• 2.2.1 儿童约束系统组成及分类
• 2.2.2 儿童约束系统法规标准
• 2.3 儿童约束系统固定装置
• 2.3.1 安全带固定方式
• 2.3.2 美国标准的LATCH 固定方式
• 2.3.3 欧洲标准的ISOFIX 固定方式
• 2.4 儿童约束系统误用讨论
• 2.5 儿童约束固定装置国内外研究现状
• 2.6 本章小结
• 第3章 仿真模型的建立及验证
• 3.1 汽车碰撞仿真理论
• 3.1.1 有限元法
• 3.1.2 多刚体理论
• 3.2 仿真模型的建立
• 3.2.1 台车座椅模型
• 3.2.2 儿童座椅模型
• 3.2.3 假人模型
• 3.2.4 儿童安全带模型
• 3.2.5 成人安全带模型
• 3.3 仿真模型的验证
• 3.4 本章小结
• 第4章 前向儿童约束系统固定方式的损伤分析
• 4.1 儿童座椅固定方式仿真模型的建立
• 4.1.1 LATCH 系统
• 4.1.2 ISOFIX 系统
• 4.2 儿童座椅固定方式仿真分析方案
• 4.3 儿童乘员损伤参数选择
• 4.4 仿真结果对比分析
• 4.4.1 儿童乘员运动学响应结果分析
• 4.4.2 儿童乘员动力学响应结果分析
• 4.5 CRS 误用情况分析
• 4.5.1 儿童约束系统的误用
• 4.5.2 仿真结果分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 后向式儿童约束系统固定方式的损伤分析
• 5.1 仿真模型的建立
• 5.2 仿真分析
• 5.2.1 运动学响应结果对比分析
• 5.2.2 动力学响应结果对比分析
• 5.3 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文目录