轿车台车试验方法及侧面约束系统数学仿真技术研究

论文摘要

本文对车辆台车试验方法和侧面约束系统的数学仿真技术开展了研究。本文:(1)基于对实车正碰车体减速度波形的研究,发现在较低频率等级滤波的情况下正碰车体减速度波形具有双台阶特征。在此基础上提出了将正碰车体减速度波形简化成等效双梯形波形进行正碰台车试验的双加速度平台正碰台车试验方法。仿真验证表明,在台车试验中用等效双梯形波代替相应的实车正碰车体减速度波形是完全可行的。针对这一正碰台车试验方法还设计出了一种利用金属棒材作为吸能件的减速型正碰台车试验装置。(2)基于对实车侧面碰撞车门内饰板速度波形的研究,找出了车门内饰板速度波形所具有的特征。在此基础上提出了一种将车门内饰板速度波形简化为双速度平台波形进行侧碰台车试验的双速度平台侧碰台车试验方法。仿真验证表明,利用简化后的双速度平台波形代替实车侧碰内饰板速度波形进行侧碰撞台车试验是完全可行的。(3)针对目前国内还没有关于侧气囊建模技术的完整论述的现状,以安装在X车型上的头胸组合侧气囊以及安装在Y车型上的帘式侧气囊和简单侧气囊为研究对象,详述了这三种典型的侧气囊的建模过程、建模过程中需要关注的地方、在建模过程中可能会出现的问题以及解决方法。(4)针对目前国内还没有关于侧碰撞台车试验数学仿真技术完整论述的现状,详述了基于车门不变形的和基于PSM的侧碰撞台车试验的数学仿真建模方法,并对这两种侧碰台车模型的优缺点以及使用范围进行了比较。(5)通过一车门扶手与侧碰假人腹部完全对应的侧碰台车仿真模型研究了座椅、车门内饰板、侧气囊以及车门内饰板速度波形对CNCAP中侧碰假人伤害值响应指标的影响。研究表明,座椅摩擦系数和刚度仅对假人背板力有较大影响;车门内饰板材料和形面对假人的各伤害评价指标有很大影响;车辆在增加了侧气囊后假人肋骨变形量以及VC指数均得到明显改善,但假人的某些指标如耻骨力可能会增大;假人与车门内饰板的接触时间、双速度平台上两平台间的过渡段斜率以及第二个速度平台对假人伤害评价指标特别是肋骨变形量以及VC指数有很大的影响。鉴于T12力矩M_x时间历程的特殊性,分析了接触时间差对M_x大小的影响。研究表明,车门扶手与假人腹部的接触时间和骨盆接触区域与骨盆接触时间两者之间的接触时间差越短,负向M_x值越小,正向M_x越大。本文的研究成果对提高车辆约束系统的开发效率、降低开发成本,以及提高车辆侧碰安全性、改善车辆在CNCAP侧碰试验中的评价效果有十分重要的意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 课题的目的和意义
• 1.2 现有的车辆台车试验方法及存在的问题
• 1.2.1 正面碰撞台车试验方法及存在的问题
• 1.2.2 侧面碰撞台车试验方法及存在的问题
• 1.3 开展轿车侧面约束系统系统研究的紧迫性和必要性
• 1.4 国内关于侧面约束系统计算机仿真技术的研究现状
• 1.5 本文研究内容
• 第2章 双加速度平台正面碰撞台车试验方法研究
• 2.1 等效双梯形波理论的提出
• 2.1.1 实车正面碰撞车体减速度波形特征
• 2.1.2 等效双梯形波的定义
• 2.1.3 等效双梯形波形应满足的边界条件
• 2.1.4 等效双梯形波形特征点坐标值的计算
• 2.2 双加速度平台正碰台车试验方法的定义及验证
• 2.2.1 双加速度平台正碰台车试验方法的定义
• 2.2.2 模型介绍
• 2.2.3 结果分析
• 2.3 金属棒材吸能式正面碰撞台车试验装置的开发
• 2.3.1 实车正面碰撞试验方法概述
• 2.3.2 正面碰撞台车试验装置的设计思路
• 2.3.3 正面碰撞台车试验装置的设计
• 2.3.4 正面碰撞台车试验装置的应用
• 2.3.4.1 双加速度平台波形的模拟
• 2.3.4.2 其它波形的模拟
• 2.4 等效双梯形波特征参数与假人主要伤害值响应的灵敏性分析
• 2.4.1 分析方法
• 2.4.1.1 特征参数的处理方式
• 2.4.1.2 正面碰撞模型介绍
• 2.4.2 计算结果分析
• 2.4.2.1 模型同时配置气囊和安全带
• 2.4.2.2 模型只配置气囊
• 2.4.2.3 只配置安全带
• 2.4.2.4 综合分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 双速度平台侧面碰撞台车试验方法的研究
• 3.1 侧碰撞试验中车门内板速度波形特征
• 3.2 双速度平台侧碰撞台车试验方法的提出
• 3.3 双速度平台侧碰撞台车试验方法的计算机仿真验证
• 3.4 双速度平台侧碰撞台车试验装置的设计方案
• 3.5 本章小结
• 第4章 轿车侧面保护气囊建模技术
• 4.1 MADYMO中与侧气囊建模相关的功能和参数设定方法
• 4.1.1 气囊模型的两种展开模式
• 4.1.2 气囊网格规模、时间步长以及单元质量
• 4.1.3 气囊折叠模块-MADYMO Folder
• 4.1.4 用户自定义的IMM进行气囊松弛
• 4.1.5 动态松弛法进行气囊松弛
• 4.1.6 自接触的定义
• 4.1.7 材料的抗拉/抗压刚度
• 4.1.8 排气孔的定义
• 4.1.9 CFD展开模式下cell的方向及数量的定义
• 4.1.10 输出文件
• 4.2 侧气囊模型的建模过程
• 4.2.1 头胸组合侧气囊的建模过程
• 4.2.1.1 模型介绍
• 4.2.1.2 初始网格模型的建立
• 4.2.1.3 参考网格模型的建立
• 4.2.1.4 封罩以及外护袋模型的建立
• 4.2.1.5 完整侧气囊模型的组合
• 4.2.1.6 侧气囊的预模拟——松弛
• 4.2.1.7 UP展开模式
• 4.2.1.8 CFD展开模式
• 4.2.1.9 侧气囊模型的验证
• 4.2.2 帘式侧气囊的建模要点
• 4.2.3 简单侧气囊模型的建模要点及摆锤试验验证
• 4.3 本章小结
• 第5章 侧碰撞台车试验数学仿真方法
• 5.1 座椅及地板建模方法
• 5.2 侧碰撞假人的定位方法
• 5.2.1 基于试验前座椅及假人的测量数据
• 5.2.2 通过模型的预模拟
• 5.3 侧气囊的定位方法
• 5.4 接触的定义
• 5.5 基于车门不变形的侧碰撞台车数学模型
• 5.5.1 车门模型的建立
• 5.5.2 车门及座椅运动的输入
• 5.5.3 模型的验证
• 5.6 基于PSM的侧碰撞台车数学模型
• 5.7 两种侧碰台车试验数学仿真方法的优缺点比较
• 5.8 本章小结
• 第6章 基于CNCAP的侧面碰撞假人伤害指标影响因素分析
• 6.1 CNCAP侧碰撞试验假人伤害评价指标
• 6.1.1 头部伤害评价指标
• 6.1.2 胸部伤害评价指标
• 6.1.3 背板力评价指标
• 6.1.4 T12受力评价指标
• 6.1.5 腹部伤害评价指标
• 6.1.6 骨盆伤害评价指标
• 6.2 模型介绍
• 6.3 车门内饰板对假人伤害指标的影响分析
• 6.3.1 车门内饰板胸部接触区域对假人伤害值响应的影响
• 6.3.2 车门内饰板腹部接触区域对假人伤害指标响应的影响
• 6.3.3 车门内饰板骨盆接触区域对假人伤害值响应的影响
• 6.4 座椅摩擦系数及刚度对假人伤害指标的影响分析
• 6.4.1 座椅摩擦系数对假人伤害指标的影响
• 6.4.2 座椅刚度对假人伤害指标的影响
• 6.5 侧气囊对假人伤害值指标的影响分析
• 6.6 车门内板速度波形对伤害指标的影响分析
• 6.6.1 车门内板与假人的接触时间对假人伤害指标的影响
• 6.6.2 双速度平台波形平台间过渡段斜率对假人伤害指标的影响
• 6.6.3 双速度平台波形上第二个速度平台对假人伤害指标的影响
• x波形特征以及接触时间差对M_x的影响'>6.7 假人T12力矩M_x波形特征以及接触时间差对M_x的影响
• 6.8 本章小结
• 第7章 全文总结及展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间发表的学术论文