基于模拟碰撞的儿童安全座椅改型设计研究

论文摘要

随着儿童乘员数量的逐年增加,儿童乘员的乘车安全已经成为汽车安全性研究的重要课题。作为交通事故中最弱势的群体,儿童乘员需要特殊的保护措施。研究表明,正确使用儿童安全座椅可以有效保护儿童乘员的安全。国外对于儿童安全座椅的研究开展的较早。而在我国,对于儿童安全座椅的研发处于初期阶段。由于儿童安全座椅直接关系到儿童乘员的生命安全,所以对儿童安全座椅的要求较高。国内生产厂家的技术和研发试验大多要依赖外国厂家的支持。按照传统工业产品的设计方法,产品开发需要较长的设计周期,可能需要反复开模、试验,增加了设计成本和设计风险。本文是在计算机模拟碰撞的基础上对已有国外产品进行改型设计。首先通过逆向工程的方法,在Imageware和UG软件平台上建立儿童安全座椅样件的三维CAD模型。然后采用MADYMO软件建立了包括儿童安全座椅模型、儿童假人模型、儿童安全带模型等的碰撞仿真模型。模拟分析了儿童安全座椅参数改变对儿童假人动力学响应的影响。研究结果表明儿童假人和儿童安全座椅之间的摩擦系数的增大、儿童安全带刚度的降低有利于儿童假人的保护;儿童安全带肩带位置略高于儿童假人肩膀时保护效果最佳;儿童安全座椅的刚度的增大有利于儿童乘员的保护,但是当刚度增大到一定程度时,刚度的变化对儿童假人响应影响不明显;儿童安全座椅和汽车座椅之间的摩擦系数的增大有利于儿童假人的保护,但影响的效果不明显。在原有儿童安全座椅样件的基础上进行了结构和外观上的改型设计。结构改型是把座椅设计成坐垫可升降,这样不仅可扩大座椅的适应范围,还可以把坐垫升高时留下来的空间设计成抽屉,用于存放物品。外观改型设计是针对市场上儿童安全座椅外观显的单调而设计的,依据动物特有的亲切感设计更具亲和力的儿童安全座椅造型。通过模拟碰撞对改型后座椅的安全性进行分析,结果表明改型设计满足要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景和研究意义
• 1.1.1 选题背景
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 汽车碰撞事故中儿童乘员损伤研究方法
• 1.2.1 事故统计分析
• 1.2.2 试验研究
• 1.2.3 计算机仿真
• 1.3 国内儿童乘员安全性研究现状
• 1.4 儿童安全座椅的基本现状
• 1.4.1 儿童安全座椅的分类
• 1.4.2 儿童安全座椅的组成
• 1.4.3 儿童安全座椅的保护原理
• 1.5 儿童乘员保护法规
• 1.5.1 美国FMVSS 213 法规
• 1.5.2 欧洲ECE R44 法规
• 1.5.3 我国的法规标准
• 1.6 本文研究内容
• 1.7 本章小结
• 第二童 儿章安全座椅样件的三维CAD模型重建
• 2.1 数据的获取
• 2.2 点云预处理
• 2.2.1 常用的逆向建模软件
• 2.2.2 点云预处理
• 2.3 曲面重建
• 2.3.1 儿童汽车安全座椅曲面分析
• 2.3.2 椅背大面的构建
• 2.3.3 边缘凹槽曲面构建
• 2.3.4 坐垫部分的凹槽曲面构建
• 2.3.5 曲面误差分析
• 2.3.6 曲面编辑
• 2.4 实体构建
• 2.4.1 偏置曲面
• 2.4.2 检查并重构曲面
• 2.4.3 缝合实体
• 2.4.4 合并和裁剪
• 2.5 本章小结
• 第三章 仿真理论基础
• 3.1 有限元方法
• 3.1.1 有限元法简介
• 3.1.2 有限元方法的分析步骤
• 3.2 多刚体系统动力学
• 3.2.1 单个刚体动力学
• 3.2.2 多个刚体动力学
• 3.3 本章小结
• 第四章 仿真模型的建立
• 4.1 MADYMO软件介绍
• 4.2 仿真模型建立
• 4.2.1 汽车座椅模型建立
• 4.2.2 儿童安全座椅有限元模型的建立
• 4.2.3 假人模型
• 4.2.4 安全带模型的建立
• 4.2.5 假人初始位置的确定
• 4.2.6 安全带初始位置的确定
• 4.2.7 加速度场
• 4.3 仿真结果
• 4.4 本章小结
• 第五章 儿童安全座椅参数分析
• 5.1 儿童乘员损伤评价
• 5.1.1 儿童乘员损伤的评价方法
• 5.1.2 儿童乘员损伤评价标准
• 5.2 儿童安全座椅参数分析
• 5.2.1 输入的不同参数及输出的损伤参数介绍
• 5.2.2 儿童假人和儿童安全座椅之间的摩擦系数对儿童乘员响应的影响
• 5.2.3 儿童安全带肩带位置对儿童乘员响应的影响
• 5.2.4 儿童安全带刚度对儿童乘员响应的影响
• 5.2.5 儿童安全座椅刚度对儿童乘员响应的影响
• 5.2.6 儿童安全座椅和汽车座椅之间的摩擦系数对儿童乘员响应的影响
• 5.3 本章小结
• 第六章 儿童安全座椅改型设计研究
• 6.1 改型设计理论
• 6.2 坐垫可升降式儿童安全座椅的改型设计
• 6.2.1 儿童安全座椅坐垫增高与否对儿童乘员响应的影响
• 6.2.2 坐垫可升降式儿童安全座椅的设计
• 6.3 外观改型设计
• 6.4 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 附件