轿车侧围耐撞性及安全性设计优化研究

论文摘要

随着汽车保有量的增长,道路交通事故己经成为世界性的一大社会问题。全世界每年死于道路交通事故的人数估计超过120万。道路交通事故给人类的生命和财产安全带来了严重的灾难。在我国,由于城市道路交通路口以平面交叉形式为主,侧面碰撞事故发生概率最高,致伤率居第一位,而致死率仅次于正面碰撞。如何提高车辆侧面碰撞事故发生时对乘员的保护性能成为当今又一热点课题。2006年7月我国开始发布并执行《汽车侧面碰撞的乘员保护》标准,同时推出中国的新车评价规程（C-NCAP）,为汽车生产厂家提出了安全要求以及评价指标。因此,车辆侧面碰撞安全性的研究成为车辆被动安全性研究的一项重要内容。本文旨在研究侧面碰撞中轿车的侧围部件的耐撞性能及其对乘员损伤的影响。针对车门防撞杆及车身内饰件,利用子结构模型分析了每种防撞杆的关键结构参数与其耐撞性内在关系,以及车身内饰件参数对乘员损伤的影响。比较研究了提高防撞杆防护性能的方法。基于响应表面法,针对车门防撞杆截面形状,材料厚度等关键结构参数进行了仿真优化。分析比较了正交优化直观分析方法与响应表面法对乘员损伤优化中的应用。最终提出有效的提高车身安全性措施并从理论上验证其有效性,为汽车侧面碰撞安全性设计提供借鉴作用。文章首先介绍了我国汽车侧面碰撞法规及碰撞安全性仿真的基本理论,然后建立某款乘用车的整车有限元模型,建立可变形移动壁障的有限元模型,按照法规进行侧面碰撞仿真,通过与标准要求及实验数据对比,验证了可移动变形壁障和轿车侧面碰撞有限元模型的有效性。针对车门耐撞性能较差的问题,对车门内防撞杆进行了优化设计研究。采用多刚体动力学分析软件MADYMO中PSM子结构方法,得到其假人损伤指标值并按照法规要求进行了分析和评价。通过仿真计算分析了该车侧面碰撞中汽车车门内饰板刚度等参数与乘员伤害值的相关性,对内饰板进行参数进行比较性优化,提高车辆的安全性能。研究结果表明：通过防撞杆结构的改进,防撞杆的耐撞性能有了很大的提高。车门和B柱内饰板对假人的损伤程度有一定的影响,通过优化内饰件的刚度,可以使假人的损伤值降低。响应表面法可以应用于汽车概念设计阶段、结构优化阶段车门防撞杆设计的参考,能够准确的得到防撞杆结构参数,节约计算成本和生产成本。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 概述
• 1.1 课题的研究背景、目的及意义
• 1.2 侧面碰撞国内外研究历史及现状
• 1.3 轿车侧面碰撞的研究方法
• 1.4 轿车侧面碰撞的研究内容
• 1.4.1 车身结构抗撞性研究
• 1.4.2 侧碰乘员安全性的研究
• 1.5 国内外侧面碰撞法规研究
• 1.5.1 美国、欧洲侧面碰撞法规比较
• 1.5.2 我国侧面碰撞法规
• 1.5.3 新车评价程序NCAP（New Car Assessment Program）
• 1.6 本文课题背景和研究内容
• 第2章 汽车碰撞仿真的基础理论
• 2.1 有限元理论
• 2.1.1 有限元分析基本理论
• 2.1.2 结构耐撞性有限元分析关键技术
• 2.2 多刚体动力学理论
• 2.2.1 单个刚体的运动学
• 2.2.2 多个刚体动力学
• 2.3 侧面碰撞中的乘员损伤研究
• 2.3.1 侧面碰撞损伤机理
• 2.3.2 侧面碰撞乘员损伤标准
• 2.4 本章小节
• 第3章 有限元侧面碰撞仿真模型建立及验证
• 3.1 引言
• 3.2 MDB有限元模型的建立与验证
• 3.2.1 MDB有限元模型的建立
• 3.2.2 MDB有限元模型的验证
• 3.3 整车有限元模型的建立与验证
• 3.3.1 整车有限元模型的建立
• 3.3.2 整车有限元模型的验证
• 3.4 本章小结
• 第4章 轿车车门防撞杆的设计优化研究
• 4.1 引言
• 4.2 防撞杆子结构模型
• 4.3 优化设计的基本理论
• 4.3.1 试验设计方法
• 4.3.2 响应表面模型的建立
• 4.3.3 逐步回归
• 4.3.4 工程优化问题及优化流程
• 4.4 防撞杆子结构优化分析
• 4.4.1 本文优化问题阐述
• 4.4.2 优化分析
• 4.5 讨论
• 4.6 本章小结
• 第5章 基于乘员保护的汽车内饰板优化研究
• 5.1 引言
• 5.2 PSM方法及正交优化设计理论介绍
• 5.2.1 PSM方法简介
• 5.2.2 正交试验设计
• 5.2.3 正交优化设计理论
• 5.3 侧碰撞子结构模型的建立
• 5.3.1 侧面结构模型的建立
• 5.3.2 边界条件的设置
• 5.3.3 乘员损伤分析
• 5.4 内饰板参数的优化分析
• 5.4.1 优化问题的阐述
• 5.4.2 内饰板参数对乘员胸腹部伤害的影响分析
• 5.5 优化结果分析
• 5.6 本章小结
• 结论与展望
• 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