大型客車側(cè)翻碰撞安全性與乘員損傷研究.pdf

1、客車因其具有載客量大和機(jī)動(dòng)性好的特點(diǎn)，成為了我國(guó)公路旅客運(yùn)輸?shù)闹饕ぞ摺？蛙嚢踩珕栴}已經(jīng)引起了人們廣泛的重視?？蛙噦?cè)翻事故是客車所有類型交通碰撞事故中人員傷亡率最高的?？蛙囈坏┌l(fā)生側(cè)翻交通事故，車內(nèi)乘員有可能被完全拋出車外、部分拋出車外或者生存空間受到擠壓，造成大量的人員傷亡，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)損失和嚴(yán)重的社會(huì)影響。為了減少客車側(cè)翻事故傷亡率，許多國(guó)家制定了關(guān)于客車側(cè)翻碰撞安全性的法規(guī)，其中最具代表性的是歐洲法規(guī)ECE R66。
　　

2、目前，國(guó)內(nèi)外多數(shù)學(xué)者主要根據(jù)ECE R66的要求，進(jìn)行客車上部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和輕量化研究，但客車上部結(jié)構(gòu)形式并未發(fā)生根本性變化。同時(shí)，由于缺乏相應(yīng)的客車側(cè)翻乘員損傷評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于客車側(cè)翻過程的乘員損傷研究還較少。本文在客車側(cè)翻事故統(tǒng)計(jì)分析和文獻(xiàn)研究的基礎(chǔ)上，采用試驗(yàn)和仿真的手段對(duì)客車的側(cè)翻安全性和側(cè)翻及翻滾過程中的乘員損傷情況進(jìn)行深入研究。主要研究工作及結(jié)論如下:
　　根據(jù)ECE R66的要求，建立某傳統(tǒng)“五大片”式上部結(jié)構(gòu)客車側(cè)翻有限

3、元模型。利用多體動(dòng)力學(xué)軟件計(jì)算出客車側(cè)翻撞擊地面時(shí)的速度作為客車側(cè)翻模擬分析的初始條件。對(duì)客車局部骨架剛度試驗(yàn)進(jìn)行仿真模擬，檢驗(yàn)了仿真計(jì)算的可靠性。采用有限元方法對(duì)客車側(cè)翻過程進(jìn)行仿真研究。結(jié)果表明:當(dāng)客車側(cè)翻仿真計(jì)算不考慮乘員質(zhì)量影響時(shí)，客車結(jié)構(gòu)滿足ECE R66法規(guī)關(guān)于乘員生存空間的要求。當(dāng)客車側(cè)翻仿真計(jì)算考慮乘員質(zhì)量影響時(shí)，客車碰撞側(cè)（右側(cè)圍）側(cè)窗立柱侵入了乘員生存空間?？蛙噦?cè)翻仿真中，不管是否考慮了乘員質(zhì)量，頂骨架是所有骨架總成

4、中吸能最多的，超過客車總吸能的55％。
　　以“五大片”上部結(jié)構(gòu)客車側(cè)翻有限元模型為基礎(chǔ)，建立一種新型整體式“U”型梁上部結(jié)構(gòu)客車側(cè)翻有限元模型。對(duì)新型客車側(cè)翻過程進(jìn)行仿真分析，并與“五大片”式上部結(jié)構(gòu)客車就立柱變形、截面力大小和骨架吸能等方面進(jìn)行對(duì)比。分析了“封閉環(huán)”結(jié)構(gòu)對(duì)客車側(cè)翻性能的影響。結(jié)果表明:客車側(cè)翻仿真即使考慮了乘員質(zhì)量的影響，整體式“U”型梁上部結(jié)構(gòu)客車仍然滿足ECE R66的要求。與傳統(tǒng)“五大片”式客車相比，整體

5、式“U”型梁客車上部結(jié)構(gòu)將更多的碰撞能量傳遞給頂蓋骨架和非碰撞側(cè)側(cè)圍骨架，使得碰撞側(cè)側(cè)圍骨架吸能減少，側(cè)窗立柱的變形量減小，提高了客車的側(cè)翻安全性。按照ECE R66要求，進(jìn)行整體式“U”型梁客車實(shí)車側(cè)翻試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果具有良好的一致性，進(jìn)一步驗(yàn)證了客車CAE模型的有效性，為后續(xù)進(jìn)行乘員損傷研究奠定了基礎(chǔ)。
　　基于ECE R80的要求，進(jìn)行客車座椅動(dòng)態(tài)試驗(yàn)和仿真分析，試驗(yàn)和仿真結(jié)果能較好的吻合，驗(yàn)證了客車乘員約束系統(tǒng)

6、有限元模型的準(zhǔn)確性。將4個(gè)HybridⅢ50％男性假人模型放置在客車最薄弱的車身段座椅上，結(jié)合客車側(cè)翻仿真模型和HybridⅢ50％男性假人模型，搭建了基于ECE R66的“客車-乘員約束系統(tǒng)”組合側(cè)翻有限元模型。對(duì)客車側(cè)翻過程中，假人在不同約束條件下的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)和損傷情況進(jìn)行仿真分析。研究表明:盡管客車側(cè)翻過程中骨架未侵入乘員生存空間，乘員還需佩戴3點(diǎn)式安全帶才能有效降低損傷風(fēng)險(xiǎn)。3種約束條件下，假人頭部、胸部和頸部損傷指標(biāo)峰值均發(fā)生在

7、客車撞擊地面后。無安全帶約束時(shí)，假人頭部受到嚴(yán)重?fù)p害。2點(diǎn)式安全帶對(duì)大部分乘員起到保護(hù)作用，但碰撞側(cè)外側(cè)假人的HIC36值比無安全帶約束時(shí)高出1.7倍。2點(diǎn)式和3點(diǎn)式安全帶均能有效地降低乘員頸部損傷風(fēng)險(xiǎn)，且2種安全帶對(duì)于乘員頸部保護(hù)效果相當(dāng)。
　　建立了基于SAE J2114動(dòng)態(tài)翻滾試驗(yàn)的“客車-乘員約束系統(tǒng)”有限元模型。分析了客車翻滾過程中，同一排座椅4個(gè)HybridⅢ50％男性假人在3種約束條件下運(yùn)動(dòng)響應(yīng)和損傷情況。結(jié)果表明: