基于中国人体尺寸的假人头部模型质心参数设计

基于中国人体头部尺寸参数,采用非均一线性缩放方法对混合Ⅲ型(Hybrid Ⅲ)假人头部模型进行缩放获得了符合中国50百分位人体尺寸的假人头部模型。利用该模型建立头部标定试验仿真模型,研究了假人头部模型质心设计参数对中国假人头部模型在标定试验中动态响应的影响,通过与Hybrid Ⅲ假人头部标定试验响应的对比,探讨了基于中国人体尺寸的假人头部模型质心参数设计依据。结果表明,缩放所得中国假人头部模型合成加速度峰值较Hybrid Ⅲ假人头部模型大8.6%;质心参数对中国假人头部模型合成加速度峰值的影响比Hybrid Ⅲ假人头部模型明显;当前Hybrid Ⅲ假人头部模型质心偏差要求不适用于中国假人头部模型质心参数设计,中国假人头部模型的生产应制定更严格的质心偏差要求。     

基于中国人体特征的正面碰撞假人的开发策略探讨

采用计算机仿真方法探讨了在现有Hybrid Ⅲ假人基础上通过较少的改变来开发符合中国人体特征的假人的可行性。根据比例缩放方法建立了整体符合中国50百分位人体的假人有限元模型。考虑到中美两国人体最大差异在于四肢,且躯干全部缩放后加工难度较大,故建立了以美国人体特征为基础仅缩放假人四肢和调整部分躯干部件的假人模型,同时,改变假人的材料参数得到了另外一个假人模型。对以上三个假人模型进行碰撞仿真,结果表明,改变假人的材料参数对其碰撞响应的影响很小,而缩放假人外形尺寸对其碰撞响应影响较大,且结果显示缩放假人四肢并调整部分躯干部件的假人与缩放全体段假人的动态响应基本吻合。因此,采用部分缩放的方法来开发中国假人是可行的。     

基于HybirdⅢ和THUMS人体模型的正面碰撞下前排乘员伤害研究

基于某SUV车型,分别建立了HybirdⅢ假人和THUMS人体的正面碰撞下乘员侧约束系统有限元模型。对该模型的力学特性进行了分析,并对比试验结果,两者吻合较好,从而验证了其可靠性。利用该模型,对HybirdⅢ假人和THUMS人体的运动和伤害情况进行了分析。结果表明:针对HybirdⅢ假人进行匹配的安全气囊和安全带不再适用于THUMS人体; THUMS人体模型可以更加直观和全面地展现人体的伤害状况,较HybirdⅢ假人有更大的优势。     

含人体模型的轿车正面碰撞计算机仿真分析

以某车型轿车为对象建立了整车有限元模型,然后在此基础上集成了包括假人,安全带的乘员约束系统的有限元模型.按国家标准正面碰撞乘员保护的设计规则规定的试验条件,对整个集成系统进行了正面碰撞的数值模拟和分析,求解出了整车的位移、速度、加速度、能量及人体模型的伤害值,实现了对该车正面碰撞过程及碰撞性能的较全面且较可靠的评价.     

有限元技术在汽车翻滚问题中的研究

为研究汽车翻滚中乘员的头部损伤情况,建立了某乘用车的平台翻滚试验有限元仿真模型,分别采用Hybrid Ⅲ假人和THUMS模型作为驾驶员,对比两者在有无安全带约束情况下的表现。结果表明:两种驾驶员的头部损伤风险均较高,THUMS模型的反应更接近真实情况;安全带对驾驶员头部有明显保护作用。     

AEB对前碰假人运动姿态影响研究

AEB系统可以在碰撞事故中避免碰撞或者降低碰撞相对速度,但同时也会导致车内乘员偏离正常坐姿,进而降低原有约束系统的保护性能。在对Hybrid III与THUMS两种假人模型的颈部、胸椎及腰椎进行三点弧简化的基础上,搭建驾驶员有限元约束系统模型,分析正面碰撞中,两种假人模型颈部、胸椎及腰椎旋转运动的区别。并进一步研究了AEB作用对于两种假人模型转动姿态的影响。结果表明:AEB作用结束后,假人初始姿态发生变化,相比Hybrid III假人,THUMS假人躯干前倾现象更明显,骨盆有更大的向前滑移量;AEB作用下,两假人颈部与腰椎夹角变化有较大区别。     

离位工况下侧面气囊展开对Hybrid Ⅲ 3儿童假人损伤的研究

为减少侧面碰撞中乘员的伤害,侧面气囊越来越普及到汽车的安全系统当中,但侧面气囊的展开会对离位工况的乘员造成伤害。研究了在离位工况下侧面气囊的展开对乘员的伤害,并制定了相关的测试要求。根据该要求,对Hybrid Ⅲ 3儿童假人进行了4种离位工况的侧面气囊展开试验和评价。根据试验结果,对4种工况下Hybrid Ⅲ 3岁儿童假人的参考损伤值进行了分析。结果表明:Hybrid Ⅲ 3儿童假人前朝向坐姿头部受到SAB和和CAB的共同作用,造成其HIC值在4种工况中最高;平躺座椅工况中颈部受到SAB的作用,N_(ij)值达到最大;头部靠近扶手的工况中颈部的拉伸力最大;后朝向试验工况中假人未受到其他相关约束,在CAB和SAB展开作用于假人的胸部时,假人会沿着展开的方向运动,但对胸部伤害不明显。研究结果为优化试验次数提供参考,从而实现减少开发成本和缩短开发周期。     

自动紧急制动与可逆预紧安全带共同作用下乘员损伤分析

针对自动紧急制动（AEB）加重碰撞前的乘员离位现象,探讨了使用可逆预紧安全带改善该现象的有效性。建立了结合自动紧急制动、可逆预紧、主动人体模型的驾驶员侧乘员约束系统模型,通过志愿者实车实验获取碰撞前乘员多种坐姿的安全带约束参数,设定可逆预紧的关键参数范围。分析了AEB与可逆预紧关键参数对碰撞前乘员运动响应及碰撞中乘员损伤风险的影响。结果表明：相同碰撞强度下,AEB增加了乘员的损伤风险,尤其是胸部损伤。可逆预紧安全带通过改善乘员离位状态,可明显降低乘员在正面碰撞中的损伤风险。     

汽车低速追尾碰撞中乘员动力学响应和颈部损伤的仿真研究

利用MADYMO仿真分析软件建立了包括BioRIDⅡ假人、座椅和安全带在内的追尾碰撞模型，研究了在追尾碰撞中，座椅特性和乘员位置对乘员动力学响应和颈部损伤的影响。仿真分析结果表明，头枕位置、靠背刚度、靠背倾角调节器特性和乘员乘坐姿势对乘员头颈部的动力学响应有很大影响，通过合理的座椅设计可以显著降低颈部损伤风险。     

汽车后排可翻转坐垫在正面高速碰撞中的优化

以某车型为研究对象,建立了后排乘员约束系统的座椅-安全带-假人有限元模型,利用显式动力学软件LSDYNA仿真分析了50km/h正面碰撞中后排女性假人的各伤害指标,实车碰撞试验验证了仿真结果的有效性,在此模型基础上提出坐垫翻转系统,以坐垫翻转角度及起始翻转时刻为优化参数,对50km/h正面碰撞、56km/h与64km/h偏置碰撞等高速碰撞类型中假人的伤害指标进行优化,坐垫翻转系统对不同碰撞形式均可改进乘员伤害指标,并得出各类型碰撞中坐垫翻转参数的最优方案。     

基于正面碰撞安全性的PHEV乘员约束系统的优化和实验

以某款Plug-in混合动力电动汽车(Plug-in Hybrid Electric Vehicle,PHEV)的正面碰撞安全性为研究目标,针对设计结构和整车质量的变化可能导致原型车已经匹配好的乘员约束系统无法提供最优保护的情况,基于RBF神经网络算法,对PHEV的正面碰撞乘员约束系统的相关参数进行分析和优化,以降低假人头部、颈部和胸部的伤害值为目标,建立了PHEV的正面碰撞试验乘员约束系统仿真计算模型,通过仿真计算和实车正面碰撞试验,验证了优化后的乘员约束系统具有更好的被动安全性能。     

基于仿真和动物试验的3岁儿童胸腹部软组织器官损伤风险研究

根据联合国欧洲经济委员会导入的R129法规儿童约束系统台车正面碰撞条件,结合有限元仿真和动物试验的方法,研究3岁儿童在前置护体型和五点式背带型儿童约束系统(Childrestraintsystem,CRS)中的胸腹部软组织损伤风险。在有限元分析中,采用3岁儿童假人Q3和THUMS(Total human model for safety)第四代学术版3岁儿童(Three-year old, 3YO)人体有限元模型,建立两款CRS台车正面碰撞数值分析模型,对比3岁儿童乘员在两款CRS中的运动学响应、损伤参数及胸部软组织器官损伤参数;为了检验动态载荷下在前置护体型和五点式背带型CRS中,胸腹部内软组织器官是否有受到损伤,使用7头质量在9.7～13 kg的西藏小猪放置在台车上进行动态加载试验,通过解剖学处理并进行损伤严重程度评分(Injury severity score, ISS)评价小猪胸腹部内脏损伤。仿真结果表明,Q3假人和THUMS 3YO有限元模型的运动学响应和胸部压缩量存在很大差异;THUMS 3YO在前置护体型CRS中胸部变形压缩率为39.25%,AIS (Abbreviated injury scale, AIS) 4级的损伤风险为50%;两款CRS的THUMS 3YO儿童乘员胸腹部内脏软组织器官所受的应力应变均超出了损伤阈值。在前置护体型CRS中,儿童胸腹部软组织所受应力应变在区域和数值上相对于五点式背带型CRS更大,发生胸腹部软组织损伤的风险也更大。动物试验结果表明,在前置护体型CRS中,肺挫伤、冠状动脉撕裂、肝撕裂是常见的胸腹部损伤,小猪即使不发生肋骨骨折也有内脏器官损伤。研究结果有助于儿童乘员胸部损伤机理研究和防护系统的开发。     

UN R129侧碰数值模拟的3岁儿童损伤风险研究

根据联合国欧洲经济委员会制定的UN R129法规儿童约束系统（CRS）台车侧面碰撞条件,提出了2种台车侧面碰撞仿真试验方法,并验证了其可行性。基于该试验方法,采用Q3儿童假人,建立3种不同CRS（五点式-成人安全带固定（三点式CRS）,五点式-ISOFIX固定,前护板型-成人安全带固定）的侧面碰撞数值分析模型。分析了儿童乘员的运动学响应和头、颈部及胸部的损伤物理参数。结果显示：儿童乘员在不同类型的CRS中的运动学响应不同。ISOFIX固定条件下儿童头部损伤风险较大,除三点式CRS约束条件下的儿童乘员损伤物理参数接近耐受极限值外,其他2种工况下的儿童乘员的胸部合成加速度（3ms）和上颈部弯矩值均超过儿童乘员耐受极限值,可见在侧面碰撞中儿童乘员的胸部和颈部损伤风险较大。     

乘用汽车小重叠率侧面柱碰撞的乘员损伤研究

基于侧面柱碰撞对乘员伤害的严重性,利用LS-DYNA与Hyper Works软件建立了某乘用汽车的侧面柱碰撞仿真模型,通过ES-2RE型假人对该事故形态中乘员的损伤进行了仿真研究。其结果表明:在侧面柱碰撞中人体的头部、颈部、下部肋骨以及腹部受到的伤害较大,而上、中部肋骨以及骨盆的伤害较小。     

客车乘员座椅动态试验的仿真研究

依据GB13057-2014法规要求,应用Hypermesh软件建立客车座椅动态试验的有限元模型,接着调用HybridⅢ50%男性假人,调整其姿态,同时把已建好的有限元模型及调整好01.1的多面体假人进行耦合设置并提交计算。结果表明,仿真分析结果与试验结果在运动过程、变形情况、乘员伤害值等方面具有较好的一致性,仿真模型能够预测和代表试验段在试验测试中的力学行为,并为后期的座椅动态安全性优化提供可靠的依据。     

中国成人仿真人体模型的参数研究

中国成人仿真人体模型必须符合中国成人人体的参数特性。为方便中国仿真人体模型的设计计算、加速中国仿真人体模型的发展进程,对其参数进行了研究：首先把中国成人仿真人体模型划分为15个环节,并收集中国成人的人体尺寸数据;再对人体各环节主要参数（包括长度、围径和体积）尺寸与身高、体重两个基本尺寸进行相关分析和回归分析,并建立以身高和体重两个基本尺寸为自变量、人体各环节主要参数尺寸为因变量的二元线性回归方程;最后对回归方程进行回归方程的显著性检验和回归系数的显著性检验,并结合实测值进行评价。     

轿车侧面碰撞安全结构改进方法研究

针对我国某一款侧面碰撞安全不符合《汽车侧面碰撞的乘员保护》标准要求的国产车型,通过深入分析该车型存在侧面碰撞安全问题的根源,结合轿车侧面结构安全设计普遍原则及与同类车型侧面碰撞变形结果的对比分析,提出了改进B柱、车门内壁的减速板、车门防撞杆和车门槛台阶等措施。为了验证改进方案的有效性,建立了该车型的侧面碰撞有限元模型,采用了有限元计算和基于PSM方法的假人损伤分析。仿真结果表明,改进方案能减小车门侵入量和明显降低假人损伤值,显著提高轿车的侧面碰撞安全性。     

基于UG的动态人体模型结构设计研究

根据人机工程学和动态结构设计学,对基于我国人体测量数据的第90百分位的动态人体模型机械结构进行设计研究,为进一步研究其它百分位的人体机械模型奠定了基础。     

座椅参数对乘员正面碰撞的损伤影响研究

为确定碰撞时座椅的最佳位置,采用Hybrid III 50th假人有限元模型,研究了座椅前后位置、坐垫高度、坐垫倾角及靠背倾角四个参数对乘员头部HIC36、胸部3ms合成加速度、胸部压缩量和左右大腿力的影响。结果表明单独改变座椅前后位置时,座椅从参考位置向后移动65mm,加权损伤准则(WIC)最小;单独改变坐垫高度时,坐垫从参考位置向上移动40mm,加权损伤准则(WIC)最小;单独改变坐垫倾角时,坐垫倾角为22°时,加权损伤准则(WIC)最小;单独改变靠背倾角时,靠背倾角为35°时,加权损伤准则(WIC)最小,因此在碰撞发生前调整座椅参数能够有效降低乘员的损伤风险,该结论对进一步进行主动式安全座椅参数优化具有重要意义。     

汽车儿童安全座椅碰撞性能仿真分析与评价

根据欧洲儿童乘员约束系统法规（ ECER44）的要求,建立提篮式儿童安全座椅有限元模型和1．5岁假人有限元模型,构造安全带约束系统,获得儿童安全座椅碰撞性能仿真分析有限元模型。应用有限元软件LS-DYNA仿真分析正碰过程,得到碰撞过程中假人运动形态、假人头部和胸部的加速度。仿真分析结果与对应的实验结果一致,验证了儿童安全座椅碰撞有限元模型的正确性。