轿车正面碰撞驾驶员头、胸和下肢损伤研究

论文摘要

道路交通事故已成为世界性公害,对社会经济发展和人民生命财产安全造成严重威胁。近年来,我国正面碰撞事故的发生率呈上升趋势,死亡人数占所有交通事故死亡人数的近三分之一。研究表明：正面碰撞中驾驶员的头部、胸部和下肢是主要伤害部位；头部和胸部损伤是引起驾驶员重伤或死亡的主要原因；下肢损伤虽然对生命不构成严重威胁,但是治疗费用昂贵,并可能造成长期损伤或残疾。目前,国外在运用有限元模型研究人体头部、胸部和下肢损伤方面已有一定的经验积累,而我国在这方面的研究还比较少。本文采用有限元分析的方法,旨在研究轿车正面碰撞中,主要致伤源与驾驶员头、胸和下肢损伤之间的联系,并通过乘员约束系统的匹配,提高驾驶员的防护水平。利用Hypermesh软件建立轿车车体模型和乘员约束系统模型,采用Hybrid11150th假人有限元模型作为评价对象并对其进行标定。参照实车数据将以上模型整合为驾驶员损伤分析模型,并使用试验数据验证模型的有效性。运用该模型研究驾驶员在正面碰撞过程中的运动学和动力学响应,得出驾驶员头部、胸部和下肢损伤的主要特点。采用正交试验设计方法,选择试验点,绘制趋势图并进行级差分析,详细讨论乘员约束系统、乘员舱环境和驾驶员姿态对头部、胸部和下肢损伤的影响规律及影响程度。基于驾驶员头部和胸部的损伤研究,以加权伤害准则WIC为优化目标,利用响应面方法,建立乘员约束系统的代理模型,采用遗传算法对乘员约束系统进行了优化设计。仿真结果表明：影响驾驶员头部和胸部损伤的主要因素是气体发生器质量流率、排气孔面积、D环摩擦系数和安全带限力值；影响下肢损伤的主要因素为地板侵入量和驾驶员下肢姿态；对乘员约束系统进行优化后,WIC值可以减少到0.37,相比原车下降了11.9%,提高了乘员约束系统的保护性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 本课题研究的背景和意义
• 1.2 驾驶员损伤流行病学研究
• 1.3 汽车正面碰撞安全法规
• 1.4 国内外驾驶员安全性的研究现状
• 1.5 本文研究目的和主要内容
• 第2章 驾驶员损伤分析模型的建立与验证
• 2.1 HYBRID III50TH假人有限元模型的验证
• 2.2 驾驶员损伤分析模型的建立
• 2.2.1 轿车车体模型的建立
• 2.2.2 乘员约束系统模型的建立
• 2.2.3 驾驶员损伤分析模型的建立
• 2.3 驾驶员损伤分析模型的验证
• 2.4 本章小结
• 第3章 驾驶员头部和胸部的损伤研究
• 3.1 人体头部和胸部的损伤生物力学
• 3.2 驾驶员头部和胸部的运动学响应
• 3.3 乘员约束系统参数对头部和胸部损伤的影响
• 3.3.1 实验设计与仿真结果
• 3.3.2 安全带参数的影响分析
• 3.3.3 安全气囊参数的影响分析
• 3.3.4 座椅参数的影响分析
• 3.3.5 转向机构参数的影响分析
• 3.4 驾驶员头部和胸部损伤的综合分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 乘员约束系统防护性能优化研究
• 4.1 乘员约束系统的防护性能研究
• 4.2 乘员约束系统参数匹配研究
• 4.2.1 响应面模型的建立
• 4.2.2 响应面模型的优化
• 4.3 本章小结
• 第5章 驾驶员下肢损伤研究
• 5.1 人体下肢的解剖学结构和损伤生物力学
• 5.1.1 人体下肢的解剖学结构
• 5.1.2 人体下肢的损伤生物力学
• 5.2 HYBRID III50TH假人有限元模型下肢响应的验证
• 5.3 驾驶员下肢损伤参数研究
• 5.3.1 实验设计与仿真结果
• 5.3.2 驾驶员下肢损伤的特点
• 5.3.3 下肢损伤影响参数研究
• 5.3.4 下肢损伤影响参数的级差分析
• 5.4 本章小结
• 总结和展望
• 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