基于正面碰撞副驾驶员防护的乘员约束系统优化研究

论文摘要

2005-2007年我国的道路交通事故统计数据表明，正面碰撞的发生概率为27%，是第二大事故类型，正碰死亡人数占总死亡人数的29%，是所有事故类型中比例最高的。根据NHTSA的统计，2008年美国所发生的乘用车碰撞事故中，副驾驶员的死亡人数占乘用车车内乘员死亡人数的19%。而大量实践表明，良好的汽车乘员保护系统设计可以大幅减轻乘员受伤害的程度，降低死亡率。因此，对正碰中的副驾驶员约束系统进行安全性优化研究是很有必要的。本文以我国自主研发的一款轿车为研究对象，从整车碰撞实验中获得相关建模参数，利用LS-DYNA、HYPERMESH等软件建立并验证了副驾驶员正面碰撞有限元仿真模型，通过代理模型的方法，对该车型的乘员约束系统进行了优化。优化结果表明：当副驾驶员侧气囊起爆时间为10ms、排气孔面积为2461mm2、质量流速率为原设计曲线值时可以得到最小的WIC值。同时，本文使用多刚体动力学仿真软件MADYMO建立副驾驶员正面碰撞多刚体仿真模型，在验证多刚体模型有效的基础上，对模型进行仿真计算。将多刚体与有限元仿真模型计算所得到的假人损伤指标值以及动力学响应特性曲线进行对比。对比结果表明：有限元和多刚体两种仿真方法计算出来的假人WIC值最大误差为7.24%，最小误差为0.07%；HIC值最大误差为10.5%，最小误差为0.27%；C3ms值最大误差为-7.73%，最小误差为0.27%；Ccomp值最大误差为8.19%，最小误差为-1.1%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 乘员约束系统研究的主要内容
• 1.3 乘员约束系统主要研究方法
• 1.3.1 试验法
• 1.3.2 计算机仿真法
• 1.4 乘员约束系统国内外研究现状
• 1.5 乘员损伤评价准则
• 1.6 本文研究的主要内容
• 第2章 副驾驶员约束系统有限元模型的建立与验证
• 2.1 显式有限元理论基础
• 2.2 LS-DYNA 软件介绍
• 2.3 副驾驶员约束系统有限元模型的建立
• 2.3.1 车身有限元模型的建立
• 2.3.2 安全气囊有限元模型的建立
• 2.3.3 安全带有限元模型的建立
• 2.3.4 安全座椅有限元模型的建立
• 2.3.5 假人有限元模型
• 2.4 副驾驶员约束系统有限元模型的验证
• 2.4.1 碰撞动画对比
• 2.4.2 假人动力学响应特性曲线对比
• 2.5 本章小结
• 第3章 副驾驶员约束系统优化研究
• 3.1 代理模型优化理论基础
• 3.1.1 代理模型近似方法
• 3.1.2 实验设计方法
• 3.2 副驾驶员约束系统优化
• 3.2.1 优化流程
• 3.2.2 筛选优化变量
• 3.2.3 试验设计和样本点数据采集
• 3.2.4 代理模型的构造及优化
• 3.3 本章小结
• 第4章 副驾驶员约束系统多刚体模型的建立与验证
• 4.1 多刚体理论基础
• 4.2 MADYMO 介绍
• 4.3 多刚体模型的建立
• 4.3.1 车体模型的建立
• 4.3.2 假人模型的定位
• 4.3.3 安全带模型的建立
• 4.3.4 安全气囊模型的建立
• 4.3.5 接触的定义
• 4.3.6 模型的输入与输出
• 4.4 MADYMO 模型的验证
• 4.4.1 碰撞动画对比
• 4.4.2 损伤曲线对比
• 4.5 本章小结
• 第5章 多刚体模型仿真与有限元模型仿真结果对比
• 5.1 多刚体与有限元仿真对比流程
• 5.2 多刚体仿真计算结果
• 5.3 多刚体与有限元仿真结果对比
• 5.3.1 损伤指标值对比
• 5.3.2 假人响应曲线对比
• 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