保护后排乘员安全的前排座椅参数研究

在汽车发生正面碰撞时,后排乘员由于惯性向前移动,十分容易与前排座椅发生二次碰撞而造成伤害。为了在轿车正碰时减小后排乘员与前排座椅发生碰撞时造成的损伤,本文提出一种基于前排座椅参数的优化方法。以提高正面碰撞中轿车后排乘员安全性为目标,根据2012年版中国新车评价规程[C-NCAP管理规则(2012年版)]的要求,以后排5百分位女性假人为研究对象,研究两排座轿车前排座椅参数对后排乘员的防护效果。在MADYMO软件中建立轿车后排乘员正碰数学模型,并用实车试验进行验证,在此基础上,分析了前排座椅头枕参数中的头枕水平距离和头枕刚度,以及前排座椅靠背参数中的靠背刚度、靠背距离、靠背倾角和靠背坐垫连接铰刚度这6个主要因素对后排乘员保护效果的影响。采用灵敏度分析的方法探寻对于后排乘员安全性影响最为显著的因素,并使用正交试验的理论,对这几项因素进行综合优化,得到最佳匹配方案。优化设计结果使正面碰撞时后排乘员伤害最严重的头部伤害值HIC降低了25.26%,左大腿力和右大腿力分别下降了13.67%和14.33%,完全伤害指标WIC值降低17.91%,优化效果显著,可以为今后轿车前排座椅设计提供参考。     

校车座椅乘员约束系统参数优化设计

为研究校车两点式约束系统对中学生乘员损伤防护效果,利用显式有限元分析软件LS-DYNA建立某款校车座椅约束系统数值仿真模型.基于国家标准要求,在实测减速度波形加载下,分析模型中假人头部HIC值,胸部3 ms加速度值和大腿轴向压力值,通过优化约束系统参数进一步提升中学生乘员损伤防护效果.结果表明:减小座椅靠背刚度可以改善中学生乘员腿部损伤防护效果;沿X方向后移安全带固定点位置可明显降低中学生乘员胸部损伤;在合理范围内增大安全带织带刚度可明显降低中学生乘员头部和胸部损伤.     

Euro-NCAP追尾碰撞中颈部挥鞭伤试验方法研究

追尾碰撞是目前较为多发的一种交通事故形态,主要会对车内乘员颈部带来移位损伤,即挥鞭伤。从挥鞭伤产生机理、试验评价体系的构成、前排座椅静态测量方法、动态测试波形选择、假人定位等多方面入手,研究分析了2013版Euro-NCAP试验法规,给出了具体的试验操作方法,并针对新增加的后排座椅的静态评价进行了重点解读。     

基于颈椎动力学响应的座椅被动安全性研究

为研究汽车后碰撞中不同的座椅靠背结构对颈部损伤的影响,基于人体解剖学和实际座椅测量数据构建了人–座椅系统有限元模型.通过后碰撞仿真模拟,得到采用不同座椅靠背时人体颈椎的应力应变响应数据,以此数据为依据进行对比分析,找出了发生事故时对汽车乘员保护性能较好的一款座椅靠背骨架结构,或可为座椅的被动安全性设计提供一种行之有效的新思路.     

儿童乘员伤害指标及下潜趋势的影响因素

建立了基于多刚体动力学MADYMO软件的儿童乘员约束系统台车碰撞系统的仿真模型,包括儿童座椅增高垫、成人安全带系统、后排座椅、6岁儿童假人,研究了成人安全带系统的限力器和预紧器的相关参数对儿童乘员碰撞响应和损伤值的影响.结果表明:卷收器预紧器可有效减小儿童乘员伤害值,同时减小儿童乘员的下潜风险;而锚点预紧器会增大儿童乘员的下潜风险,锚点预紧器与安全带单向锁止器配合使用可降低儿童乘员的下潜风险;广泛用于降低成年人碰撞伤害的4.0kN卷收器式限力器在本研究中被证实对于儿童乘员没有明显的保护效果,减小成人安全带限力值可对儿童起到较好保护作用.     

基于多目标优化的儿童座椅匹配方法

基于一款已获得国家专利的集成式儿童安全座椅约束系统参数可调的特征,选择座椅高度、靠背角度、安全带限力器限力值为优化变量,以儿童乘员头部损伤、胸部损伤、颈部损伤为优化目标,采用多项式回归近似模型和多目标进化算法相结合的方法对该集成式儿童座椅在保护3岁、6岁、10岁儿童乘员时的可调约束参数进行了多目标优化.结果表明:优化后的约束参数能对上述儿童乘员提供更好的保护作用,优化效果显著.最后在得到的3组优化约束参数的基础上,提出了一种针对3～10岁不同身材儿童的自适应匹配方法.     

客车侧翻碰撞中安全带对乘员损伤的影响分析

参照欧洲ECE R66法规要求,建立客车侧翻仿真模型及其乘员约束系统模型。利用LS_DYNA软件对客车侧翻碰撞试验和客车座椅动态试验进行模拟分析,并与试验结果进行对比,结果表明,有限元模型具有较高的精度。将4个HybridⅢ50%男性假人模型放置在客车最薄弱的车身段座椅上。对客车侧翻过程中,3种约束条件(无安全带、两点式安全带和三点式安全带)的乘员损伤情况进行分析。研究结果表明:无安全带约束时,假人头部和颈部将受到严重损害;两点式安全带和三点式安全带对于所有假人颈部及胸部的保护效果相近;两点式安全带能有效降低大部分假人的头部损伤风险,但碰撞侧外侧假人头部损伤值仍较高。     

直升机后向座椅的适坠性仿真分析

针对航空座椅的动态冲击试验,目的是航空座椅更好的承受紧急着陆事件和保护乘员安全,但是适航认证的物理动态测试成本过高。采用有限元法建立出合适的航空座椅/假人系统的有限元模型,根据CCAR 27部规章添加边界条件和地板变形进行座椅适坠性的仿真分析。通过与物理试验的结果对比,具有良好的一致性。在垂直冲击下,假人腰椎受到损伤最为严重;座椅板会出现与外框架的连接脱落;连接的滑动螺栓在保护乘客方面不够可靠;地板的变形会对座椅结构进一步产生破坏。利用有限元分析研究了第95百分位假人在飞机乘客座位上的影响,与50百分位的假人相比,假人损伤增加15%～25%,座椅负荷增加10%～20%。为了提高座椅对乘客保护能力,提出座椅改进设计方案,为同类型产品研发提供指导。     

小腿摆放位置对航空座椅乘员损伤的影响研究

在飞机坠撞事故中,乘员采取合理的坐姿能有效降低冲击伤害。为了分析水平16g动态冲击下小腿摆放位置对乘员损伤的影响,以某型三联航空旅客座椅为研究对象,建立双排航空座椅/乘员约束系统有限元模型,并开展全尺寸滑台试验以验证模型准确性。结果表明在相同工况下,50th百分位假人采用小腿后曲的坐姿与小腿直立坐姿相比,降低了股骨损伤和颈部损伤,但增加了头部损伤。95th百分位假人采用小腿直立的坐姿与小腿前伸坐姿相比,降低了股骨损伤,但头部损伤和颈部损伤增加。研究结果可为不同体型乘员采用相对更安全的坐姿提供参考。     

正面碰撞中副驾驶乘员约束系统的匹配研究

为了研究在正面碰撞中副驾驶乘员的安全性,针对某国产车型,使用多刚体动力学分析软件MADYMO,分别建立了正面100%重叠刚性壁障碰撞实验(正面全宽碰撞)和正面40%重叠可变形壁障碰撞实验(偏置碰撞)的副驾驶员侧的包括车体、假人、安全气囊等在内的约束系统仿真模型,分别与实车实验的碰撞结果进行对标,确定模型的有效性。且调入第95百分位男性假人,分析原约束系统对较大身材假人的保护情况,通过正交优化法确定该车型最佳的约束系统参数。结果表明,在气囊排气孔为40 mm,安全带的延伸率为7%,限力2 500 N,气囊的点爆时间分别为12 ms和32 ms时,第50百分位男性假人正面全宽碰撞和偏置碰撞加权伤害准则值分别降低了13.8%和15.7%,第95百分位男性假人分别降低了10.8%和4.3%。优化后的乘员约束系统增加了副驾驶乘员以及大身材乘员在不同碰撞下的安全性,该优化策略也可为其他新车型约束系统设计时提供参考。