汽车侧面碰撞中次要防撞结构和乘员损伤保护的研究

论文摘要

侧面碰撞是汽车碰撞事故中比较常见的形式之一,侧面碰撞发生的次数和受伤人数是比较多的。车身侧面结构变形吸能的部件较少,缓冲空间较小,一旦发生侧面碰撞,乘员受伤的机率较大。因此,提高车辆侧面碰撞的安全性,最大程度地降低乘员的损伤,成为车辆安全研究的重要内容。2006年7月我国颁布了《汽车侧面碰撞的乘员保护》标准,同时借鉴国外的新车评价标准,推出了适合我国国情的新车评价规程（C-NCAP）,为汽车生产企业提供了统一的评价指标。本文目的是通过对汽车侧面结构进行改进,并对相应结构的设计参数进行优化,探讨提高侧面碰撞安全性、降低乘员损伤的有效措施并对其有效性进行了分析与讨论。文章首先建立并验证了可变形移动壁障的有限元模型,借助国内某款车型,采用有限元建模的方法,建立了整车侧面碰撞的有限元模型,通过与实验数据对比,验证了整车有限元模型的有效性。再根据GB20071-2006标准要求进行了侧面碰撞仿真,针对仿真中的座椅变形较大,提出了在座椅靠背上加装加强杆、增加座椅各部件的厚度、所有座椅部件材料采用高强度钢、刚化座椅安装横梁等改进措施,分析了改进措施在降低靠近座椅处的B柱侵入速度、车门侵入速度的有效性。再结合多刚体动力学软件MADYMO,建立了用于侧面碰撞乘员损伤分析的PSM子结构模型,从降低乘员损伤值方面验证了座椅改进措施的有效性。最后,综合正交试验设计和响应表面法,以建立的PSM子结构模型为基础,对B柱内板和车门内板的设计参数进行优化设计研究,建立了基于响应表面的代理模型,利用ISIGHT优化软件对代理模型进行优化计算,得出了满足假人骨盆力值（PSPF）最小时的设计参数值。研究结果表明：靠近座椅处的B柱侵入速度减小了42%,车门处的侵入速度减小了36%。相应的乘员胸部、腹部和骨盆的损伤值也都减小了,其中骨盆力减小了25%,改进后的骨盆力值满足了标准允许的最大值。代理模型计算得到的骨盆力PSPF最优值为4.102kN,相对于初始的PSPF值5.778kN,代理模型的PSPF值减少了29%。本文研究结果可为结构改进设计、提高侧面碰撞安全性提供借鉴。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 侧面碰撞国内外研究历史及现状
• 1.3 汽车侧面碰撞研究的内容
• 1.3.1 车身结构抗撞性研究
• 1.3.2 侧面碰撞乘员安全性研究
• 1.4 汽车侧面碰撞研究的方法
• 1.4.1 实车碰撞试验
• 1.4.2 台车碰撞试验
• 1.4.3 计算机仿真分析
• 1.5 本文课题背景和研究内容
• 第2章 国内外侧面碰撞法规及新车评价规程简介
• 2.1 引言
• 2.2 欧洲侧面碰撞法规（ECE R95）
• 2.2.1 试验布置
• 2.2.2 可变形移动壁障MDB
• 2.2.3 假人EuroSID损伤评价指标
• 2.3 美国侧面碰撞法规（FMVSS214）
• 2.3.1 试验布置
• 2.3.2 可变形移动壁障MDB
• 2.3.3 假人SID损伤评价指标
• 2.4 中国侧面碰撞法规
• 2.5 新车评价规程NCAP
• 2.6 本章小结
• 第3章 侧面碰撞有限元模型的建立和有效性验证
• 3.1 引言
• 3.2 移动变形壁障有限元模型的建立与验证
• 3.2.1 移动变形壁障有限元模型的建立
• 3.2.2 移动变形壁障有限元模型的验证
• 3.3 整车有限元模型的建立和验证
• 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 汽车侧面碰撞次要防撞结构安全性分析
• 4.1 引言
• 4.2 侧面碰撞防撞结构设计基本思路
• 4.2.1 侧面碰撞力的传递分析
• 4.2.2 侧面中的主要和次要防撞结构
• 4.2.3 侧面防撞结构设计基本思路
• 4.3 座椅结构刚度对侧面碰撞安全性的影响
• 4.3.1 座椅在侧面碰撞中的响应及分析
• 4.3.2 座椅刚度改进及分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 汽车侧面碰撞乘员损伤研究及防护措施
• 5.1 引言
• 5.2 侧面碰撞乘员损伤评价标准
• 5.2.1 头部损伤标准
• 5.2.2 胸部损伤标准
• 5.2.3 腹部损伤标准
• 5.2.4 骨盆损伤标准
• 5.3 侧面碰撞子结构模型的建立
• 5.3.1 子结构模型的建立
• 5.3.2 载荷条件定义
• 5.3.3 接触定义
• 5.3.4 结果输出
• 5.4 乘员损伤分析
• 5.4.1 乘员损伤分析背景
• 5.4.2 乘员损伤参数分析
• 5.5 防护措施
• 5.5.1 侧面安全气囊
• 5.5.2 防护衬垫
• 5.6 本章小结
• 第6章 基于响应表面法的B柱内板和车门内板优化设计
• 6.1 引言
• 6.2 响应表面法
• 6.2.1 正交试验设计
• 6.2.2 响应表面法
• 6.3 B柱内板和车门内板参数优化分析
• 6.3.1 优化分析的模型基础
• 6.3.2 优化问题的阐述
• 6.3.3 优化参数对假人腹部和骨盆伤害的影响分析
• 6.3.4 优化结果分析
• 6.4 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