基于虛擬試驗的汽車前碰撞安全氣囊防護效率的研究.pdf

1、當(dāng)今世界上每年因汽車交通事故造成了巨大的人員傷亡和社會經(jīng)濟損失，汽車安全性問題引起了各個國家的高度重視。實踐表明安全氣囊是乘員在汽車碰撞中重要、有效的保護設(shè)備，在歐美等工業(yè)化發(fā)達國家已經(jīng)成為轎車必備的安全裝置。在我國，近年的新車基本上都安裝了安全氣囊。然而，交通流行病學(xué)研究表明，前碰撞安全氣囊在提供乘員保護的同時，也會給部分乘員，尤其是離位的矮個子女性乘員和兒童造成傷害，因此如何發(fā)揮安全氣囊的最大保護效果，同時減小其不利作用是氣囊約束系

2、統(tǒng)研究需要解決的關(guān)鍵問題。為此，本文主要研究了汽車前碰撞安全氣囊的設(shè)計和匹配；并針對氣囊對離位乘員的致傷問題，研究了氣囊折疊方式對氣囊展開作用的影響、以及氣囊展開對頭頸部損傷的影響。 本文介紹了汽車前碰撞安全氣囊研究的主要方法和基礎(chǔ)理論，以仿真軟件MADYMO和DYNA為主要研究工具，建立驗證了駕駛員側(cè)和乘員側(cè)安全氣囊有限元模型，以及動態(tài)模擬汽車駕駛室變形的多剛體模型，研究了氣囊體積、排氣孔尺寸、氣體質(zhì)量流速和起爆時間等主要參數(shù)

3、對乘員損傷的影響，利用優(yōu)化軟件MADYMIZER進行了模型的優(yōu)化分析，在多個參數(shù)中找到了合理的最優(yōu)值，并通過試驗驗證了優(yōu)化模型的有效性。 通過氣囊展開力學(xué)過程的虛擬試驗，分析了影響氣囊展開壓力變化的因素。在此基礎(chǔ)上，提出了安全氣囊的環(huán)向折疊方法，自行開發(fā)了基于初始矩陣法(IMM)算法的參考網(wǎng)格模型和映射網(wǎng)格模型自動生成程序。實現(xiàn)了基于氣袋直徑、折疊次數(shù)、折疊環(huán)間距和網(wǎng)格密度等參數(shù)的參數(shù)化設(shè)計，并通過算例對建模過程和映射算法進行了

4、驗證。建立了對稱折疊、卷式折疊和環(huán)向折疊等折疊方式的氣囊模型，并基于氣囊靜態(tài)起爆、碰塊沖擊和轉(zhuǎn)向盤氣囊總成等虛擬試驗分析了各氣囊折疊方式對應(yīng)的氣囊壓力和相應(yīng)的接觸物體的動力學(xué)參數(shù)。利用5百分位和50百分位的HybridⅢ假人進行了胸部靠近氣囊總成和頭部靠近氣囊總成布置形式的離位乘員虛擬實驗。結(jié)果表明：自行開發(fā)的“自動生成程序”可以快速、準確地生成參考網(wǎng)格模型和映射網(wǎng)格模型。氣囊展開過程經(jīng)歷了兩個明顯的階段，即0～20ms的初始展開階段和

5、20～100ms完全展開工作階段。與環(huán)向折疊氣囊相關(guān)的損傷值基本都小于對稱折疊氣囊的對應(yīng)值，兩種實驗布置形式中損傷值都隨著假人和氣囊總成的距離增加而減少，小體位的女性假人比大體位的男性假人更容易受損傷。 基于湖南大學(xué)建立的50百分位頭頸部有限元模型(HBM-neck)，采用實體單元對該模型進行了改建，并對改建的模型進行了驗證和參數(shù)靈敏度分析。建立了HybridⅢ假人的模型，利用湖南大學(xué)進行的臺車試驗對該模型進行驗證。以驗證的HB

6、M-neck來置換HybridⅢ假人頸部模型，建立了具有人體頸部模型的HybridⅢ假人模型。根據(jù)氣囊的實際開發(fā)試驗布置了臺車的轉(zhuǎn)向盤和氣囊模型，針對氣囊起爆時間、質(zhì)量流速和排氣孔尺寸等三個設(shè)計參數(shù)進行了參數(shù)分析。研究的頭頸部響應(yīng)參數(shù)有：頭頸部的轉(zhuǎn)角、位移以及速度，頸部剪切力、軸向力和彎矩，韌帶、椎間盤作用力，椎骨皮質(zhì)骨、松質(zhì)骨應(yīng)力，頭部HIC、頸部NIC、Nij、Nkm等。結(jié)果表明：改進的HBM-neck模型具有較高的生物逼真度，合理

7、調(diào)整的氣囊可以更好地保護人體頭頸部。約束能力強的氣囊可減小頭部HIC值，約束能力不足的氣囊將會造成頭部直接碰撞轉(zhuǎn)向盤，使HIC值和頸部剪切力等超過損傷閾值，頸部軟組織參數(shù)和應(yīng)力參數(shù)分析都可以得到同樣的損傷結(jié)論。文章指出，相對NIC和Nkm等損傷評價標準，Nij可以較為合理地評估前碰撞頸部損傷。 我國的汽車行業(yè)發(fā)展迅速，車輛保有量逐年激增。提高安全氣囊的匹配率，同時合理設(shè)計氣囊折疊形式以及氣囊的主要參數(shù)來確保氣囊的最大防護效率。這