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。     

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。     

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。     

老年乘员在自动驾驶车辆中的碰撞响应研究

全球老龄化的时代正在来临。自动驾驶车辆的出现,对于老年人来说,将会是最便利的交通出行工具,可以减少因操作失误而引起的汽车碰撞事故。自动驾驶车辆依靠雷达等传感器能够在汽车发生碰撞前约350ms内识别不可避免的碰撞,这段时间对于乘员的主动安全防护至关重要。研究提出一种通过旋转座椅来改变人体朝向与碰撞方向相对位置,从而提高老年乘员在自动驾驶车辆中碰撞安全性。通过尸体试验数据对老年人体乘员有限元模型进行验证;将已验证过的模型应用于自动驾驶车辆的正面碰撞试验中,分析不同座椅朝向(0°、45°、90°、135°、180°)下的老年人体碰撞响应;研究老年人体乘员在座椅旋转过程中的运动响应;预测老年人体乘员在先自主旋转后发生碰撞的损伤风险。试验结果表明,在不同朝向正面碰撞模拟试验中乘员损伤对比,得出座椅朝向与碰撞方向呈180°时人体损伤风险最低。在200ms内将座椅旋转至与碰撞方向呈180°的位置,老年乘员的损伤风险低于阈值。研究表明自动驾驶车辆当感应到不可避免的碰撞时,及早地对座椅朝向进行调整,如果能够在碰撞发生前的350ms内将座椅朝向调整到180°的"朝后"位置,将有利于降低老年乘员的损伤。     

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%。     

大型客机座椅坐垫人体静态舒适性研究

航空座椅的舒适性对乘客乘机舒适性有重要影响。本文针对某型民用航空客机座椅乘员舒适性问题建立座椅动力学模型,引入人体模型,通过姿态调整,研究了整体座椅的乘员入座过程,分析了乘员落座时,接触坐垫、靠背的压力分布。依据Mergl-SAE2005准则评价座椅的舒适性能,结果表明,本文精确地模拟了该型座椅与乘员之间的体压分布。该研究对于航空座椅的舒适性评价具有一定的参考价值。     

微型电动车小偏置碰撞下约束系统参数的匹配研究

根据某微型电动汽车的实验对标整车模型,建立有效的简易约束系统模型,研究64 km/h小偏置碰的乘员动态响应及约束系统输入条件。通过对约束系统中侧气帘质量流缩放率、安全气囊点火时间及安全带限力峰值等7个相关参数进行单变量乘员伤害分析,确定在小偏置碰撞下约束系统4个主要影响因素。设计四因素九水平的正交试验,计算约束系统不同匹配参数对乘员加权伤害指标（WIC）以及乘员头部、颈部、胸部、腿部等的影响等级,结合等级极差比参数给出小偏置碰约束系统调整及匹配建议。并进一步构建约束系统参数与WIC的高阶多项式代理模型,确定了约束系统的最优组合解。结果表明头部损伤指标HIC15降低了64%,整体加权综合损伤WIC值降低56%。     

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。     

基于乘员腰椎损伤指标的座椅垂直冲击波形包线研究

结合某型号飞机的机身结构适坠性(乘员生存力包线)设计需求,首先开展了满足AC 25.562-1B规章要求的“地板-座椅-乘员”系统的标准14g垂直冲击试验,并基于Ls-Dyna有限元软件进行仿真,与试验对标;在完成仿真模型标定后,为了模拟垂直坠撞工况下的乘员腰椎损伤情况,开展了80°工装角度的不同峰值和脉宽的三角波形设计、仿真分析和试验验证,获得了符合乘员腰椎损伤指标的座椅垂直冲击波形包线,为飞机机身结构适坠性设计提供参考。另外,基于乘员腰椎载荷损伤指标提出了座椅“传力系数K”的概念,以及坐垫在不同波形工况下对乘员腰椎载荷的滞后性影响。     

汽车座椅体压分布变化规律和调节策略

汽车座椅的舒适性和智能化广受消费者关注，为给座椅的舒适性和智能化设计提供理论指导，研究了汽车座椅调节对体压分布影响规律并基于体压变化规律提出了一种改善舒适性的座椅调节策略。以座椅调节参数为因子，以人体与座椅接触面的压力特征参数为观测变量，设计了正交实验。利用方差分析——同时主成分分析方法(ANOVA-simultaneous component analysis, ASCA)对正交试验数据进行分析，得到了座椅调节对体压分布的影响规律。基于分析结果提出并验证了一种改善乘坐舒适性的座椅调节策略。研究发现：(1)座椅调节对体压分布有显著影响，其中靠背角度和滑轨位置相比座椅高度影响更大；(2)当靠背角度向后移动时，靠背压力变大且向四周移动，臀部压力变小；随着滑轨位置向后变化，座垫上的压力中心向臀部向腿部移动；(3)基于体压变化规律和理想体压分布提出的舒适性调节策略相比其他调节策略改善舒适性的效果更显著。     

某纯电动汽车实车碰撞安全性能的研究

基于某纯电动汽车正面碰撞的仿真分析后在座椅下方增加横梁的优化方案,对该纯电动汽车实车进行正面碰撞试验,分析了碰撞过程中驾驶员及乘员头部、颈部、胸部及大腿的受力情况,并对比了碰撞前后车辆的损坏情况。依据汽车正面碰撞的乘员保护国标要求,优化后车辆进行实车正面碰撞后驾驶员及乘员头部受力等评价参数符合法规要求、车辆状况符合法规要求,表明优化方案的有效性,提升了车辆的安全性,保护了乘员的生命安全。     

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%.     

自行车座椅高度对事故中骑车人动力学响应的影响

通过PC-Crash软件建立自行车、骑车人和汽车模型,并进行事故仿真试验。引入自行车的座高参数对骑车人损伤进行研究,可以进一步深入的分析骑车人损伤情况。通过分析典型碰撞事故中自行车座椅高度参数对骑车人头部和下肢损伤的影响,同时建立了相应的数学模型,并通过真实事故案例验证了模型的可靠性。仿真试验的结果表明,当汽车车头中部与自行车发生碰撞,且座高较低时,骑车人头部碰撞位置主要集中在引擎盖中上部;随着座椅高度的增加,头部碰撞位置逐渐上移到靠近挡风玻璃上边框的位置;受车型影响,自行车座椅高度参数对骑车人造成的影响具有不同特点;在各个碰撞角度下,不同自行车座高所对应的骑车人动力学响应有所差异;骑车人头部损伤风险和下肢骨折风险与自行车座高具有相关性。     

办公座椅静平衡参数研究

为了研究"溜滑"现象,提高办公座椅的舒适性,建立了一种研究人体座椅系统静态平衡位置(H点)的模型,同时考虑人体与靠背坐垫的相互作用,以及聚氨酯泡沫材料的非线性准静态力学性能,采用Matlab求解并用Working Model2D进行分析验证。结果表明:材料越硬,静态平衡位置越接近材料未压缩状态下的位置;而人体静态平衡位置对于弹簧的位置变化最为敏感,改变弹簧刚度会直接影响材料对人体的支撑效果,弹簧弹簧刚度越大,人体最终的平衡位置就越接近初始位置;人体与坐垫之间的摩擦系数过小,人体在座椅上产生较大的滑动。     

基于不同年龄的自适应儿童乘员约束系统参数优化研究

针对单一碰撞工况匹配的儿童乘员约束系统不能保证在其他碰撞工况下儿童乘员的保护,而且极易造成更大的伤害。基于内置式自适应儿童约束系统的参数可调的特征,选取坐垫高度、坐垫长度、安全带限力值为优化变量,以儿童综合伤害评价值I及颈部损伤临界值Nkm为优化目标,采用多项式回归近似模型和非支配遗传优化算法(Non-dominated sorting genetic algorithm II,NSGA-Ⅱ)相结合的方法,分别对3、6、10岁儿童假人在法规GB 27887规定的正面碰撞和追尾碰撞工况下进行多目标优化计算。优化结果表明,在优化设计点,3个年龄段的儿童假人在两种碰撞工况下都能获得较好的保护。基于文中3个年龄段假人的优化设计点,拟合出优化变量与儿童身高和体重的相关关系模型,从而对不同身高和体重的儿童乘员都能达到很好的保护效果。     

基于全局敏感性分析和Kriging代理模型的汽车乘员约束系统多参数优化研究

针对汽车碰撞乘员约束系统优化设计中多参数与高度非线性的问题,提出了基于Kriging模型的设计参数全局敏感性分析方法,通过计算各设计参数对系统响应方差的贡献来评估各参数的敏感性。在此基础上,选取对响应影响大的设计参数作为优化变量,运用多岛遗传算法进行优化求解。优化结果表明,人体综合损伤WIC值相比初始设计值降低11.9%。研究结果为实际工程设计提供了参考。     

汽车儿童安全座椅碰撞性能仿真分析

针对欧洲儿童乘员约束系统法规(ECER/4),以某款汽车儿童安全座椅为研究对象,使用非线性有限元动力学分析软件LS-DYNA进行了ECER/4动态试验环境下的碰撞过程仿真分析,得到假人头部加速度、头部损伤值HIC15及胸部加速度。通过与相应法规的比较,初步证明了该款儿童安全座椅的碰撞安全性。     

正面碰撞下后排乘员损伤预测研究

为完善车辆事故自动呼救(Automatic Crash Notification,ACN)系统对乘员的损伤预测,对后排乘员在正面碰撞下的各部位损伤进行了研究.首先根据实车50km/h下的正面碰撞试验建立正面碰撞下的仿真模型,并对模型进行验证;其次对模型设置不同的初速度,得到不同速度变化量下的后排乘员头部、胸部、颈部损伤...     

AEB制动下主动安全带对乘员胸部损伤的影响

为了研究在制动紧急制动系统(AEB)作用下,集成主动预紧式安全带(Integrated Active Pre-tensioning Seatbelt,IAPS)主动预紧对事故中乘员胸部伤害产生的影响,针对某款车型进行了2次模拟AEB制动功能的滑台试验。试验中,滑台由64 km/h通过模拟AEB制动降至50 km/h后进行正面碰撞。2次试验中,一次用普通安全带,一次用IAPS。研究结果表明:碰撞前,AEB制动导致乘员发生前移及上躯干前倾,而IAPS能够使乘员保持原有姿态。但躯干前倾,安全带碰撞中预紧会对乘员肩部产生向下按压作用,IAPS作用后导致事故中安全带按压作用丧失,碰撞后期乘员胸部前扑幅度加大,胸部刚度下降。在AEB制动下,IAPS作用改变安全带肩带合力作用方向,在当前试验条件下,存在加重乘员胸部伤害风险。