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。     

大客车紧急制动乘客约束系统的仿真研究

利用碰撞仿真分析软件MADYMO,建立了包括客车车体、安全带和假人的乘客约束系统正面碰撞模型,求解后得到乘员头部、胸部伤害响应曲线和HIC、胸部3ms加速度、胸部压缩量等损伤值。与实车碰撞试验结果进行对比可知,模型较真实地反映了碰撞试验过程。然后建立了客车紧急制动乘客伤害评价体系,并利用上述模型在近似减速度的假设下,对客车紧急制动工况进行仿真计算,得到了不同形式的安全带及座椅倾角与乘员损伤值的关系。通过仿真分析可知,在紧急制动时,三点式安全带对乘员具有较好的保护效果,同时增大座椅坐垫倾角可以减少乘员损伤值。     

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。     

轿车侧碰撞中儿童乘员约束系统的多目标优化

在轿车侧面碰撞事故中,儿童乘员头、胸部是主要损伤部位.为最大限度地降低儿童乘员头、胸部的损伤风险,对儿童约束系统和侧面气囊的安全性能进行优化设计.采用多体动力学软件MADYMO建立儿童乘员侧面碰撞仿真模型,并通过台车试验结果验证仿真模型的有效性.以头、胸部加速度为优化目标,运用试验设计方法和方差分析进行相关设计变量的灵敏度分析,并确定主要的优化设计变量为侧面气囊的泄气率常数、儿童安全座椅的上固定点位置和下固定织带的刚度系数,进而构建优化目标的二阶多元回归代理模型,利用NSGA-Ⅱ多目标优化算法对构建的代理模型进行优化求解,获得包含头、胸部加速度最优解集的Pareto前沿曲线.通过权衡分析选取使头、胸部的损伤风险同时降低的最优解,最后确定侧面气囊的泄气率常数0.037,儿童座椅的上固定点x向位置-0.25 m,座椅下固定织带的刚度系数0.5为儿童约束系统主要设计参数的最优配置.在最优设计配置条件下得到的儿童头部合成加速度峰值比初始值下降了约24%,胸部合成加速度峰值比初始值下降约30%.     

基于LS-DYNA的Q3儿童保护开发的研究

通过建立某车型的Q3儿童约束系统模型,采用LS-DYNA有限元分析工具,分别研究了儿童座椅安装方式、整车加载脉冲、后排座椅结构、儿童五点式安全带等因素对Q3儿童损伤的影响。结果表明:后向安装的儿童座椅保护效果较好;整车加载乘员载荷准则越小,越对Q3儿童有利;后排坐垫有效的支撑对儿童座椅产生较好的固定作用;五点式安全带肩带对儿童肩部受力缓冲效果好,Q3儿童损伤相应会降低。     

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。     

基于儿童与成人损伤防护的侧面气囊参数优化

为了对轿车侧碰条件下影响儿童和成人乘员损伤风险的侧面胸部气囊的设计参数进行优化,采用有限元和多刚体仿真模型,并结合试验设计,以胸部气囊的材料泄气率常数、起爆时间及安装位置为设计变量,以儿童头部合成加速度ahead-res和成人胸部黏性指标VC值为优化目标,构建代理模型,并进行多目标优化。研究结果表明,优化后的ahead-res和VC值比初始仿真模型中的相应值分别降低了约18%和50%。优化后的侧面胸部气囊既能够保护成人乘员又能够保护儿童乘员。     

客车正面碰撞中座椅小桌板对未系安全带乘员损伤的影响

旨在研究正面碰撞中大客车座椅后置桌板对未约束乘员运动学及损伤的影响。采用有限元和多刚体耦合方法建立台车-假人数值模型,评估桌板状态和材料对乘员造成的运动学及损伤差异。结果表明:碰撞过程中,展开的桌板会限制躯干的向前运动,从而减弱头部与前排座椅靠背的碰撞程度;胸部压缩量随着桌板材料刚度增加而增大。     

基于侧面碰撞壁障的机械假人损伤分布研究

随着汽车工业的迅速发展,汽车碰撞安全问题也越来越受到人们重视。当发生交通事故侧碰撞时,被撞车内留给乘员生存空间较小,因此研究如何减少碰撞中人员受到的损伤成为侧面碰撞研究的核心之一。通过使用简化台车边界设置,模拟侧面碰撞载荷环境,利用机械假人进行侧面碰撞过程的乘员损伤分布分析,研究假人头部、脊柱、肋骨等部位的加速度及受力情况来量化分析被撞侧乘员在不同坐姿状态下头部及躯干的损伤分布特征及分布差异。研究结果表明,乘员向右侧旋转的坐姿状态下,头及躯干各部位的损伤输出结果较小,这些部位损伤相对其他坐姿较低,锁骨处在碰撞中损伤最大。研究结论为汽车侧碰撞安全中的乘员防护相关研究中乘员坐姿与损伤风险研究提供参考。     

不同侧碰试验形态的车辆结构耐撞性研究

基于侧面碰撞对乘员伤害的严重性,应用计算机仿真方法开展轿车侧面碰撞研究,通过对车身侧面结构变形、能量响应、加速度响应、乘员逃生空间等方面的深入分析,揭示不同侧面碰撞形态的碰撞特性,并据此提出了相应的改进措施。结果表明:与车对车侧面碰撞相比,车对障碍物侧面碰撞增大了对乘员造成更严重的损伤的风险,对车身的耐撞性提出了更高的要求,通过提高门槛梁、地板横梁强度可以有效的提高车辆抗柱撞的车身结构安全性。     

微型客车乘员约束系统性能分析及改进设计

针对某国产微型客车，利用碰撞受害者模拟软件MADYMO建立了该车乘员约束系统前碰撞计算机仿真模型，与试验结果进行了对比验证。通过对安全带和安全气囊等典型约束装置的参数灵敏度分析和优化，给出使得乘员在碰撞过程中所受到的伤害值最低的参数优化配置区间，利用随机模拟和统计计算的方法对系统在该区间内的性能稳定性进行了计算和分析，进一步保证了改进方案的可靠性。     

复合敏感式安全带锁止时间的研究

针对某型符合国家强制标准GB 14166-2013《机动车乘员用安全带、约束系统、儿童约束系统ISOFIX儿童约束系统》的复合敏感式安全带锁止机构进行了研究,分析其结构组成和运行原理。建立了车感、带感、承力锁止机构的运动方程,获得了锁止机构锁止时间的解析方程。利用ADAMS软件进行锁止机构锁止时间的仿真分析,并与理论解析解进行比较,结果表明,二者锁止时间相近。     

汽车半主动乘员约束防护系统设计与动力学建模仿真

设计了一种汽车的半主动乘员约束防护系统,该系统能根据反应时间余量来判断车辆发生碰撞的可能性,不同的可能性对应不同的危险等级,当危险能避免时则发出警报提醒驾驶员主动避免,不能避免时提前启动乘员约束保护装置。通过仿真分析软件MADYMO建立了汽车正面碰撞模型,并经试验验证了其正确性。对所设计的安全带预紧装置与座椅坐垫倾角调整装置进行仿真,然后与传统的被动执行机构仿真结果进行对比。结果表明：半主动乘员防护系统可提前实现安全带预紧和座椅坐垫倾角的调整,相比传统的被动防护系统中碰撞后火药预紧与座椅坐垫倾角不变,乘员的头部、髋部伤害略有减小,颈部弯矩峰值、胸部加速度、胸部压缩量分别减小了20.6%、14.6%、15.6%。所设计的半主动约束防护系统能有效减轻乘员的损伤。     

A study on the design of a child seat system with mutipoint restraints to enhance safety

Currently, child seats are widely used as a child restraint system (CRS). The effects of CRS are experimentally investigated according to FMVSS213. In this paper, the dynamic simulation of a child seat is carried out using the LSDYNA software to develop an advanced CRS. A sled test using an existing child seat is first carried out, and the computer simulations using the LS-DYNA software are compared to the sled test to validate the dummy model and computer simulation. After matching the sled test and computer simulation results of a three-point belt-type child seat, a new type of child seat is developed with the computer simulation and optimization. For weight reduction, an optimization sequence is applied to determine the thickness of each part. For the area of stress concentration, reinforced members are added. The comparison between the simulation and the sled test shows good agreement, and the simulation results are proven useful for the further development of an advanced CRS.     

可逆约束系统参数匹配优化研究

针对可逆约束系统中可逆预紧式安全带与安全气囊优化匹配的问题,建立某车型驾驶员侧约束系统仿真模型,分别对碰撞前自动紧急制动作用下乘员动态响应,以及碰撞中乘员损伤指标进行验证分析。将试验设计,Kriging代理模型以及第二代多目标遗传算法相结合,以可逆约束系统6个关键参数为输入变量,以乘员头、胸、颈、大腿的损伤值为优化目标,开展多目标优化研究,并利用加权损伤指标(Weighted injury criteria,WIC)评价最优匹配方案。结果表明:与优化前相比较,优化后的约束系统能够有效降低乘员损伤值。当碰撞初速度为56 km/h时,最优匹配方案使胸部、颈部、大腿损伤值分别降低6.61%、28.99%、16.12%,WIC值降低4.99%,头部损伤值基本没有变化;将碰撞初速度增大至64 km/h后,最优匹配方案表现出更好的保护效果,乘员头部、胸部、颈部、大腿损伤值分别降低26.19%、33.21%、20.49%、6.11%,WIC值降低28.01%。     

面向主动安全的智能预紧式安全带系统

在分析了智能乘员约束系统的控制过程的基础上,提出了智能预紧式安全带的控制策略及设计方案,构建了乘员约束系统测试实验台方案,进行了智能预紧式安全带控制系统的软硬件设计。系统硬件平台采用高性能32位ARM嵌入式硬件平台,系统采用集成ARM7TDMI—S内核的PHILIPS的LPC2290作为系统中的电控单元（ECU）,系统软件运用NucleusPLUS嵌入式操作系统进行开发。在此基础上开发了实验样机,可以进行智能预紧式安全带与乘员约束系统匹配的相关实验。     

某低配轿车驾驶员头部保护方案优化设计

对未配备气囊,采用普通三点式安全带的某低配轿车驾驶员头部的保护方案进行了研究。通过MADYMO仿真计算与DOE试验设计相结合的方法,对低配轿车驾驶员头部保护进行优化设计,通过调整织物延伸率、调节安全带限力等级,得到理想的安全带优化参数,物理滑台试验验证结果显示该优化方案有效降低了驾驶员头部伤害,满足了法规要求。该项目优化方案切实可行,为其他类似车型乘员约束系统优化提供了有效借鉴。     

汽车座椅坐垫倾角对正面碰撞乘员保护影响分析

提出在汽车乘员约束系统中增设座椅坐垫倾角调节机构,在汽车正面碰撞前或正面碰撞中增大座椅坐垫与车身地板的夹角,利用座椅坐垫在乘员的重心前方形成有效约束,从而减轻乘员伤害的设想。为此,以某型轿车驾驶区相关尺寸参数和性能参数为依据,采用MADYMO分析软件建立汽车正面碰撞仿真分析模型,并经试验验证。采用不同座椅坐垫倾角进行仿真分析,结果表明,当采用25座椅坐垫倾角时头部损伤下降21.4%,胸部损伤下降16.6%,而髋部损伤仅仅增加8.2%,腿部损伤依然较低。因此,在汽车乘员约束系统中增设座椅坐垫倾角调节机构能够有效地减少乘员的伤害。