氣囊彈射加速方法及在機(jī)車車輛碰撞測(cè)試中的應(yīng)用研究.pdf

1、隨著機(jī)車車輛運(yùn)行速度的不斷提高，研究高速情況下機(jī)車車輛碰撞的動(dòng)態(tài)特征，對(duì)可能發(fā)生的碰撞事故進(jìn)行預(yù)估，最大限度地減少乘員在機(jī)車車輛碰撞事故中的傷亡具有重要的意義。因此迫切需要從理論方法、仿真分析和試驗(yàn)驗(yàn)證等多方面對(duì)機(jī)車車輛的碰撞被動(dòng)安全性進(jìn)行評(píng)估。論文基于提高機(jī)車車輛被動(dòng)安全性為目的，開發(fā)了一種機(jī)車車輛碰撞測(cè)試系統(tǒng)，重點(diǎn)研究測(cè)試系統(tǒng)中機(jī)車車輛的彈射裝置。研究主要涉及氣囊展開彈射理論、氣囊展開彈射動(dòng)力學(xué)、氣囊構(gòu)型及混合彈射、多維氣囊彈射數(shù)值

2、仿真研究、氣囊彈射系統(tǒng)在機(jī)車車輛碰撞測(cè)試中的應(yīng)用、氣囊彈射實(shí)驗(yàn)等。
　　1.在分析現(xiàn)有機(jī)車車輛碰撞實(shí)驗(yàn)方法及實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，論文提出通過氣囊定向展開彈射的方法來(lái)解決機(jī)車車輛碰撞實(shí)驗(yàn)的能量問題，利用氣囊動(dòng)邊界展開特性改變傳統(tǒng)氣缸壓縮氣體能量釋放的邊界條件，將剛性氣缸對(duì)高壓氣體的約束拓展到動(dòng)態(tài)可變邊界約束。研究了柔性邊界約束的均壓控制模型、流固耦合模型和接觸碰撞模型，在氣囊彈射驅(qū)動(dòng)原理基礎(chǔ)上給出了彈射過程的恒質(zhì)量、恒氣壓、恒流量三種

3、模型及其控制方程，為氣囊展開彈射在機(jī)車車輛碰撞實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)。
　　2.研究了氣囊結(jié)構(gòu)特征與驅(qū)動(dòng)能力的關(guān)系、多維氣囊驅(qū)動(dòng)的組織形式和氣囊串聯(lián)、并聯(lián)結(jié)構(gòu)對(duì)氣囊彈射性能及引導(dǎo)方式的影響，得到了當(dāng)彈射物體質(zhì)量一定時(shí)，要達(dá)到預(yù)定的彈射速度可通過配置不同的氣囊個(gè)數(shù)或不同的氣囊串、并聯(lián)組合。提出了基于氣囊推動(dòng)的混合彈射加速方法與系統(tǒng)，給出了一級(jí)氣囊彈射和二級(jí)氣囊、外氣缸混合彈射的能量方程。結(jié)果表明:二級(jí)混合彈射所獲得的能量較一級(jí)

4、氣囊彈射所獲得的能量提升1.5倍以上，系統(tǒng)的彈射特征與容積膨脹因數(shù)關(guān)聯(lián)性大，且容積膨脹因數(shù)越大，二級(jí)混合彈射的驅(qū)動(dòng)能力越大。
　　3.研究了氣囊彈射加速的階段特征和氣囊次序展開彈射模型的數(shù)值解法，建立了單氣囊受壓充氣彈射計(jì)算模型、氣囊三維彈射仿真模型，并在此基礎(chǔ)之上結(jié)合GF150/298-3氣囊分析其彈射特性。通過算例分析得到氣囊展開彈射過程中的速度、加速度、能量、位移、作用力與反作用力等特征量。結(jié)果表明:以氣囊定向展開形成的可變

5、邊界能適應(yīng)氣體約束壁的自增長(zhǎng)作用，實(shí)現(xiàn)高壓氣體在約束且不爆破情況下大距離彈射做功，解決了一般氣缸壓縮空氣能量釋放的剛性壁約束產(chǎn)生音爆的問題。在氣囊充氣展開過程中，氣囊端部對(duì)物體的推動(dòng)會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)，這種波動(dòng)在氣囊彈射的不同階段具有差異性，可通過增加氣囊與彈射物的接觸面積或改變環(huán)形折疊氣囊?guī)缀翁卣鬟M(jìn)行改善，從而提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。被彈射物體能量獲得的大小與諸多因素有關(guān)，其中作用距離、氣囊充氣壓力、氣囊推動(dòng)面積是關(guān)鍵。采用環(huán)形折疊氣囊作為彈射元件

6、，折疊數(shù)越多其彈射能力及推動(dòng)持續(xù)時(shí)間會(huì)更長(zhǎng)，所產(chǎn)生的彈射能量上升明顯。
　　4.針對(duì)高速、重型機(jī)車車輛彈射技術(shù)要求，研究了機(jī)車車輛彈射碰撞實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的基本原理及組成，建立了其小型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。結(jié)果表明:能量是機(jī)車車輛氣囊彈射碰撞實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的重要指標(biāo)，因而彈射碰撞小型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)完全能夠代表大型系統(tǒng)的原理及其方法。按照GB/T7742.1-2005紡織品織物脹破性能的測(cè)試方法，利用MTS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)氣囊材料進(jìn)行了受壓實(shí)驗(yàn)，得出氣囊織物所受失效壓力

7、為3MPa，工作壓力可達(dá)到2MPa，能用于氣囊彈射實(shí)驗(yàn)。對(duì)彈射車體限位與安全釋放裝置進(jìn)行了分析，提出新型堵閥快開系統(tǒng)解決實(shí)車彈射的限位和氣囊彈射的可靠控制問題。通過對(duì)氣囊彈射系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析，得出:環(huán)形折疊氣囊所形成的一維彈射系統(tǒng)，隨著氣囊級(jí)數(shù)的增加其端部擺動(dòng)也隨之增大，可通過控制氣囊長(zhǎng)徑比來(lái)減少端部擺動(dòng)量，并提出懸掛導(dǎo)向、支撐導(dǎo)向來(lái)增強(qiáng)氣囊推動(dòng)彈射方向的穩(wěn)定性。分析和提出確保多維氣囊彈射同步性主要方法和途徑。
　　5.研究了氣囊

8、碰撞實(shí)驗(yàn)臺(tái)測(cè)試系統(tǒng)，將壓力傳感器、速度傳感器、加速度傳感器、電磁控制器、高速攝影儀、觸發(fā)控制器集成為多路信號(hào)測(cè)控體系，實(shí)現(xiàn)信號(hào)采集與控制。通過多元回歸分析和實(shí)驗(yàn)研究得出試驗(yàn)車輛速度與氣壓、氣囊長(zhǎng)度、車輛質(zhì)量、作用面積的近似函數(shù)關(guān)系。基于GF150/298-3氣囊和GF580/384-3氣囊對(duì)其彈射能力進(jìn)行了預(yù)測(cè)分析。根據(jù)EN15227標(biāo)準(zhǔn)要求碰撞測(cè)試要求，采用4個(gè)φ1000×2000規(guī)格氣囊并聯(lián)形成推動(dòng)陣列在2MPa初始?jí)毫ο驴蓪?0～