基于6岁离位儿童乘员的安全气囊参数优化研究

论文摘要

随着汽车保有量的增加，交通事故也是随之增多，由于约束系统与乘员不匹配所导致的伤亡问题引起了人们的广泛关注。目前使用的大多数约束系统都是基于正常体位、正常乘坐位置的成年人开发的，对于体位较小的儿童乘员来说，在碰撞发生时，可能对其造成额外的损伤。在国外，基于前排离位儿童乘员的安全气囊的参数研究工作较为深入。而在国内来说，由于没有法规的约束，这方面的研究工作较少。本文主要针对前排6岁儿童在不同离位状态时的安全气囊参数优化研究工作。通过对SAE J1980-2008法规和FMVSS208法规的研究，选取了两个有代表性的易对儿童造成严重伤害的离位状态进行研究，并建立两种离位状态的多刚体-有限元混合模型进行动态仿真试验。通过静态仿真试验与静态气囊起爆试验进行对比，验证了该多刚体-有限元混合模型的精确性；其次，选取气囊安装角度（θ）、泄气孔缩放系数（CDEX）、气囊体积缩放系数（SS）、质量流率缩放系数（IS）和安全气囊起爆时间（T）五个参数作为优化变量及确定变量范围，并建立了优化目标函数；随后，通过拉丁超立方试验方法选取30个样本点，并使用MADYMO软件计算出样本的响应值，选用克里金模型建立近似模型；最后，在所建立近似模型的基础上，选用多岛遗传算法进行安全气囊的参数优化，并对优化结果进行仿真试验验证和分析。通过对安全气囊参数优化分析与仿真验证，结果表明：当假人胸部贴近气囊模块时，儿童的头部、颈部和胸部的损伤值均小于FMVSS208法规中的相关损伤值，通过对气囊参数的优化，儿童在此离位时能够得到有效地保护。当假人头部贴近气囊模块时，儿童的头部损伤在前74ms的碰撞中保护效果较好，但是在74ms-83.4ms时，儿童头部与挡风玻璃相接触，造成头部合成加速度峰值较大。这说明，在此离位状态时仅对5个变量来考虑安全气囊的优化，已经不能达到较好的保护效果，应该增加研究变量或者增加其它防护措施与安全气囊协同对儿童进行保护。本文最终确立了不同离位儿童乘员离位形式的安全气囊参数优化研究方法。结果表明，该建模和优化方法同样适用于6岁儿童在其它离位状态和其它年龄段儿童在不同离位状态时的安全气囊参数研究工作。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 交通事故统计和乘员侧安全气囊发展现状
• 1.1.1 交通事故统计
• 1.1.2 乘员侧安全气囊国内外发展现状
• 1.2 汽车碰撞中儿童乘员损伤生物力学
• 1.2.1 儿童生理解剖学特征与损伤机理
• 1.2.2 儿童损伤生物力学基本理论
• 1.3 离位儿童乘员损伤评价标准
• 1.3.1 损伤生物力学定级方法
• 1.3.2 离位儿童乘员损伤评价准则
• 1.4 本文主要研究内容及意义
• 第2章 儿童乘员离位状态与试验方法的选取
• 2.1 安全气囊对离位儿童乘员损伤的影响
• 2.2 儿童乘员离位状态的选取
• 2.3 离位儿童乘员试验方法的选取
• 2.4 本章小结
• 第3章 约束系统模型的建立与验证
• 3.1 约束系统滑车模型的建立
• 3.2 乘员侧安全气囊模型的建立
• 3.2.1 乘员侧安全气囊有限元模型定义
• 3.2.2 安全气囊优化参数的选取
• 3.3 儿童假人的在仿真试验中的定位
• 3.3.1 儿童假人模型的特征分析
• 3.3.2 儿童假人模型与车辆约束系统接触定义
• 3.4 安全气囊有限元模型静态起爆试验验证
• 3.4.1 假人胸部贴近气囊模块离位形式的模型试验验证
• 3.4.2 假人头部贴近气囊模块离位形式的模型试验验证
• 3.5 本章小结
• 第4章 约束系统模型的近似方法研究
• 4.1 离位儿童乘员损伤准则的建立
• 4.2 离位儿童乘员约束系统近似模型设计
• 4.2.1 基于拉丁超立方试验方法的样本点设计
• 4.2.2 优化目标函数的建立与仿真模型响应值的计算
• 4.3 离位儿童乘员约束系统近似模型的验证
• 4.4 本章小结
• 第5章 安全气囊参数优化与仿真试验验证
• 5.1 基于多岛遗传算法的安全气囊参数优化方法
• 5.2 假人胸部贴近气囊模块离位形式的约束系统参数优化
• 5.2.1 约束系统参数优化
• 5.2.2 仿真试验验证与儿童损伤值分析
• 5.3 假人头部贴近气囊模块离位形式的约束系统参数优化
• 5.3.1 约束系统参数优化
• 5.3.2 仿真试验验证与儿童乘员损伤分析
• 5.4 本章小结
• 总结与展望
• 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