轿车侧面柱碰撞的耐撞性优化设计研究

论文摘要

汽车侧面碰撞包括车对车和车对障碍物两种碰撞形式,它是造成乘员重伤和死亡的主要交通事故形态。在车辆交通事故中,车辆与柱状物的侧面碰撞作为一种特殊的侧面碰撞形式,往往能导致乘员的严重伤害,因此有必要对侧面柱碰撞进行研究。要提高轿车在侧面柱碰撞中的耐撞性能,车身侧围作为重要的侧面结构,是承受侧面碰撞力的主要部件。其侵入量、侵入速度和变形模式对乘员的损伤有着直接的关系。因此理想的车辆侧围匹配,在一定程度上能够有效地降低侧面柱碰撞中乘员的损伤。针对车辆侧面柱碰撞,本文采用了代理模型理论与之相应的优化方法,结合现有的碰撞仿真分析软件,提出了针对汽车碰撞安全性的优化方法和优化流程。通过控制车体的加速度和B柱在乘员正常坐姿胸部同高度处的腰线位置侵入量,以达到在侧面柱碰撞中对乘员胸部保护的侧面结构安全性设计的目标值。本文首先基于碰撞仿真基本理论和人体损伤机理分析了实际碰撞中车辆动力学响应和乘员响应特性。然后按照欧洲侧面柱碰撞法规,构建了车辆侧面柱碰撞仿真模型并进行有效性验证,同时对其侧面柱碰撞结构安全性能进行了简要的评价。在此基础上进行了结构改进,对改进前后的整车动态响应、系统能量响应、侧围结构变形特性和侵入量等方面进行了深入的对比分析,进一步揭示侧面柱碰撞的碰撞特性。在改进的车型基础上,采用正交试验设计方法和综合平衡法,以车体加速度峰值和B柱最大侵入量为评价指标,以车身侧围部件的材料为设计变量,使用灵敏度分析评估各部件材料对目标值的显著度,利用综合平衡分析进行了最优方案的选择。接着在拉丁超立方实验设计基础上构建了整车Kriging近似模型,最后利用多目标遗传算法对部件的厚度参数进行了刚度的优化匹配。研究结果表明:针对成熟的车身结构,欲提高其侧面柱碰撞结构安全性能,最有效的方法是在保证不影响其部件原有功能的情况下合理进行相关匹配;利用近似模型代替有限元模型进行柱碰撞车身耐撞性分析和优化是可行有效的,同时提高了计算效率和降低了生产成本;通过对侧围各组成部件的材料匹配和厚度优化可以控制加速度和减小侵入量,有效提高车辆侧面柱碰撞的耐撞性能和降低假人的损伤。本文的研究方法和结果为提高车辆的侧面柱碰撞安全性能提供了一定的实用思路和参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 汽车侧面碰撞研究的背景和意义
• 1.2 侧面碰撞安全技术的国内外发展现状
• 1.3 汽车侧面碰撞研究方法
• 1.4 汽车侧面碰撞相关试验法规
• 1.5 本课题的研究背景和内容
• 第2章 汽车侧面柱碰撞仿真理论和力学分析
• 2.1 侧面柱碰撞非线性有限元理论
• 2.2 侧面柱碰撞中力学分析
• 2.3 侧面柱碰撞中车身刚度特性分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 汽车侧面柱碰撞安全性仿真分析和改进
• 3.1 引言
• 3.2 整车有限元模型的建立
• 3.3 侧面柱碰撞有限元模型的建立和验证
• 3.4 侧面柱碰撞结构安全性仿真分析与改进
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于综合平衡法的侧围材料匹配设计
• 4.1 引言
• 4.2 提高侧面柱碰撞结构耐撞性的方法
• 4.3 试验设计和优化设计方法
• 4.4 侧面柱碰撞的材料匹配问题
• 4.5 灵敏度分析和优方案选取
• 4.6 本章小结
• 第5章 基于多目标遗传算法的侧围厚度优化
• 5.1 引言
• 5.2 刚度和强度与影响因素间的关系
• 5.3 试验设计和优化设计方法
• 5.4 多目标优化问题的定义
• 5.5 多目标优化过程
• 5.6 优化结果及验证
• 5.7 本章小结
• 总结和展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间发表的学术论文目录