乘用车乘坐位置安全性研究

为研究中国乘用车乘坐位置安全性,基于中国交通事故深入研究项目(CIDAS)2011~2022年统计数据,分析了3种碰撞形态下各个乘坐位置的伤亡状况,利用危险度模型对前、后排位置乘员进行致命风险计算,并利用危险度加权模型和危险度几何平均模型分别对各个乘坐位置进行危险度计算。结果表明:前排相对于后排的致命风险系数为1.18;以驾驶员位置危险度100%作为参照标准,副驾驶位置危险度为79.57%、左后座危险度为105.23%、右后座危险度为93.82%、中后座危险度为191.69%。

基于组合近似模型的可靠性优化方法在行人柔性腿型碰撞中应用研究

当行人与车辆发生碰撞时,车身最前端的部件将直接与行人下肢腿部发生接触,其设计是满足行人下肢保护要求的关键。然而针对传统要求的基于刚性腿型行人保护车辆前结构设计方法,在应对柔性腿型行人保护要求已呈现明显的局限性。为了提高保险杠结构的柔性腿型保护功能,结合试验设计技术、组合近似建模技术、多目标优化算法和可靠性分析方法,以行人腿部的伤害值最低为优化目标,对车辆前端结构参数进行可靠性优化设计并对优化结果进行试验验证。研究结果表明:优化后的车辆前端结构与原设计相比,行人柔性腿型保护功能得到明显提高,为车辆前端结构的设计与开发提供有效的参考。

基于加速滑台的主被动融合试验方法研究

为了研究基于加速滑台进行主被动融合试验的可行性,在8.0 m/s^(2)制动加速度条件下,针对第50百分位THOR假人进行了仿真和滑台试验,对自动紧急制动(AEB)系统作用后发生的正面高速碰撞工况进行了加速和减速仿真。结果表明,AEB系统制动下乘员离位过程具有波动性,最大离位量发生在第300 ms前,第400 ms后的波动幅度较小;在加速滑台仿真条件下,400 ms后,安全气囊对头部的保护作用、假人胸部刚度表现与减速试验结果更加接近。由此可知,在AEB的仿真时间缩减后不少于300 ms的条件下,主被动融合试验可以通过缩减AEB时间在加速滑台上进行。

国外行人柔性腿型冲击器的发展及现状

行人下肢损伤生物力学的研究推动了行人柔性腿型的开发。行人柔性腿型在开发过程中,其生物逼真性、试验重复性及可操作性逐渐提高,最终达到测试用冲击器的要求。在文献研究的基础上,概述了国外行人柔性腿型的发展及现状,包括行人下肢损伤机理、行人柔性腿型冲击器开发过程,以及不同版本柔性腿型差异,并提出了未来开发针对中国人的人体特征的行人柔性腿型冲击器问题。

行人保护柔性腿型碰撞的车辆前端结构优化设计

在开发某车型时,为达到2014年欧盟新车评价规程(Euro-NCAP)中柔性小腿(Flex PLI)碰撞满分6的目标,对其前端结构进行优化。运用计算机辅助工程(CAE)技术,优化前横梁吸能装置结构:弱化孔宽度增加至35 mm,并增加压溃引导面;优化下支撑结构:去掉连接件,并将下支撑前端面厚度减少至0.8 mm。优化后的吸能装置可以实现完全压溃,这使其本身的吸能增加22 kJ,使小腿胫骨中上部弯矩降低106 Nm;与优化后的下支撑相配合,小腿的中部可以向X正向移动增加25 mm,下部向X正向移动减少15 mm,使内侧副韧带伸长量降低了17.8 mm。改进后的前端结构柔性小腿碰撞达到满分。

高密度结构泡沫对汽车前纵梁耐撞性的影响及应用

为降低偏置碰撞时乘员腿部伤害,研究了汽车前纵梁的耐撞性及其改进。对某车型几种不同前纵梁截面,进行了弯曲压溃和轴向压溃的有限元分析。作为改进,在前纵梁延伸段内填充了高密度结构泡沫,进行了偏置碰撞试验。结果表明:填充结构泡沫后,前纵梁延伸段的变形模式得到控制,并减少了碰撞对乘员舱的侵入;与普通纵梁相比,改进后的纵梁的弯曲性能(平均载荷、吸能、比吸能)和轴向传力能力,均提高近一倍;驾驶员假人右下小腿的胫骨指数由0.97降至0.38,且小腿胫骨压缩载荷也有明显降低。因此,该设计保持了乘员舱完整性,增强了整车耐撞性。

基于Euro-NCAP评价规程行人柔性腿型碰撞试验

为了减少行人小腿碰撞伤害,参考2014年版的欧盟新车评价规程(Euro-NCAP),对某车型进行柔性腿型(Flex-PLI)碰撞试验;评估了行人小腿碰撞得分,以此来分析影响胫骨伤害及膝部伤害的关键因素。结果表明:车辆前端与胫骨接触位置结构刚度对胫骨弯矩值影响较大;膝部韧带伸长量与膝关节上部及下部相对运动有关。因此设计时,应避免因车辆前端结构刚度过强导致胫骨弯矩超标准;应通过调整膝关节上部及下部侵入量来改善膝部韧带伸长量。这些结论,可为改进车辆前端设计提供参考。

某车型侧面柱碰车身结构耐撞性优化

为避免某车型侧面刚性柱碰撞中存在的车身结构变形过大,胸部压缩量超标的问题,优化和改进了该车身结构。根据座椅安装横梁、地板严重扭曲,乘员生存空间不足的试验结果,建立车身结构及约束系统侧面柱碰撞模型;根据侧面结构耐撞性的设计原则,变更了车身结构和材料等级。结果表明:优化后车身侧面结构强度得到有效提升,侧柱碰前车门的最大侵入量降低13%,增加了侧面约束系统的缓冲空间,降低了假人胸部的伤害值。因而,这些改进,满足了整车侧面碰撞安全目标。

某车型正面40%偏置碰撞的车体结构优化

某车型在64 km/h正面40%偏置碰撞试验中,出现踏板和转向管柱的侵入量超标问题。其原因是:更换动力后,前机舱变形空间减小,车体纵梁变形模式不合理,及前围板附近位置的强度较低。为此,该文提出了优化方案:调整纵梁的材料及修改纵梁内加强板的结构,来提高纵梁总成整体结构强度,增加加强件,来提高前围的总体强度。运用Hyperworks及LS-DYNA软件进行仿真分析。结果表明:优化后,改善了纵梁的变形模式,前围板侵入量减小了42 mm;乘员的伤害也得到改善,整体得分提高1分。因此,该优化方案合理,车身结构的加强对乘员起到很好的保护作用。

基于行人保护的SUV车型前端造型设计研究

分别对SUV车型行人头部、腿部碰撞区域造型特点进行分析,提出发动机罩、通风盖板、翼子板、发动机罩前缘、前保险杠、散热器格栅的造型控制策略。同时提出前保险杠造型支撑区域概念,并利用MADYMO分析模型,在前保险杠前端零部件刚度一定的条件下,找出其最佳位置关系。结果表明,优化后的SUV车型前端造型可有效控制伤害值,有利于提高行人保护性能。

某车偏置碰撞中假人胸部压缩变形量偏大的影响因素

为了提高在中国新车评价规程(C-NCAP)评价中假人胸部得分,对某车正面偏置碰撞试验中驾驶员假人的胸部伤害指标进行了优化。分析了假人胸部和骨盆受力,其结果表明:该车驾驶员座椅坐垫刚度前高后低,导致碰撞中假人骨盆回弹过快、胸部前扑过猛,安全带腰带被上拉,此过程造成假人胸部下端溃缩,胸部压缩变形量增大。而后通过仿真和台车试验,对座椅进行了优化。通过将座椅坐垫下方钢丝结构焊接连接钢丝,将坐垫后端刚度提升了约50%。结论是:在偏置碰撞试验中,座椅坐垫后端刚度偏低时,提高其后端刚度,在C-NCAP评价中可以提高1分左右。

泡沫与塑料静态压溃分析及在行人小腿碰撞中验证

研究了行人保护小腿碰撞时,车辆前端材料的吸能性能。先对3种不同密度的泡沫和1种塑料,进行静态压溃性能试验。在此基础上,选择吸能较好的30 g/dm3的泡沫和这种塑料,在某款运动型多功能车(SUV)车上,测量了行人保护小腿碰撞试验中样件的吸能性能。结果表明:静态压溃试验中,该种塑料的整体性能优于泡沫,塑料试验的峰值载荷、平均载荷、总吸能为泡沫试验的4倍以上,塑料试验的质量比吸能也高于泡沫的。因此,在相同吸能空间条件下,采用塑料作为车辆前端吸能材料,能够降低行人小腿胫骨加速度及膝部弯曲角,因而,有利于改善行人小腿碰撞安全性。

考虑稳健性的汽车结构耐撞性优化设计

本文中基于C-NCAP中40%重叠度的偏置碰撞工况对某轿车进行结构耐撞性优化。为提高输出响应的预测精度,使用基于粒子群算法优化的支持向量回归模型来拟合设计变量与输出响应之间的关系,并利用非支配排序多目标遗传算法Ⅱ获得该优化问题的Pareto前沿。在确定性优化的基础上,并考虑产品性能在不确定因素影响下的波动,对其进行稳健性优化设计。最后,对优化结果进行有限元仿真验证。结果表明:优化后,结构质量减轻,耐撞性能明显提升,同时保障了稳定的产品性能。

碳纤维复合材料发动机罩行人保护性能的试验验证

为研究碳纤维复合材料发动机罩行人保护性能,与同结构金属发动机罩进行了对比试验验证。试验结果表明,碳纤维复合材料发动机罩的头部合成加速度峰值比金属发动机罩平均低30%,在结构加强位置类似的情况下,其更有利于降低头部伤害值;碳纤维复合材料发动机罩对发动机舱内布置影响较小;碳纤维复合材料发动机罩在受到行人头部冲击后能够保证结构的完整性,有利于降低事故维修成本。

汽车前副车架脱落设计

为解决车辆短前悬在正面碰撞中能量吸收不足导致整车加速度波形增高,对乘员的伤害增大的问题,对汽车前副车架脱落设计进行研究分析,包含零部件试验设计和CAE模拟分析及系统级试验验证。实现了副车架在碰撞中的脱落,碰撞能量得到释放,动力总成可以下沉,增加了机舱的变形吸能空间。为碰撞加速度波形的控制提供了一种新的方法,同时也为新车型被动安全性能的开发提供了一种新的思路。

基于耐撞性的车身轻量化设计

耐撞性的分析一般都是以板厚尺寸为变量,文中增加了截面形状变量对车身耐撞性影响的研究。首先,分析某型车初始正面全宽耐撞性能并对比试验进行标定;其次,依据前舱结构的比吸能筛选变量并进行参数化和试验设计;最后,为了提高耐撞性优化的效率,通过拟合Kriging近似模型,采用多岛遗传算法进行优化。优化结果表明:通过优化车身关键结构的截面形状和板厚,使得B柱峰值加速度和主要吸能梁结构的质量分别改善了1.23%和15.51%。

某车型正面偏置碰撞中踏板侵入超标的优化

64 km/h 40%正面可变形壁障偏置碰撞是中国新车评价规则(C-NCAP)和欧洲新车评价规则(Euro-NCAP)测试重点考核的项目。为解决某车型在这种碰撞中存在的踏板侵入量严重超标问题,该文使用整车碰撞仿真模型,计算了踏板安装区域的变形程度,分析了机舱纵梁的变形模式,优化了车身结构,增大机舱左纵梁的吸能效果和优化变形模式,加强中央通道区域的强度。仿真验证的结果表明:优化后碰撞中,油门踏板后移量降低了48.5%,上移量降低了29.1%;降低了踏板安装区域结构的变形,降低了踏板侵入量。因此,该优化方案解决了踏板侵入量超标问题,提升了整车安全性能。

基于PSO-SVR近似模型的乘员约束系统稳健性优化

综合运用近似模型参数优化技术和稳健性优化方法对汽车乘员约束系统进行优化。通过全局灵敏度分析,选出对加权伤害准则(weighted injury criterion,WIC)影响大的参数;采用粒子群优化(PSO)算法对支持向量回归(SVR)模型参数和核函数参数进行优化,建立高精度的PSO-SVR近似模型;在确定性优化的基础上进行基于蒙特卡罗抽样的稳健性优化。结果表明:优化后乘员约束系统性能得到明显提升且兼顾了稳健性。

三元锂离子动力电池挤压损伤容限的试验研究

电动汽车发生碰撞后动力电池受到挤压变形时,存在热失控风险。为得到电池的挤压损伤容限,该文基于某镍钴锰(Li-Ni CoMnO_2,NCM)三元锂离子动力电池进行挤压试验。对电芯不同方向进行挤压试验,分析不同方向抗挤压能力以及发生挤压热失控的失效模式;对模组分别进行2个方向的挤压试验,研究其挤压失效形式。结果表明:电芯在长度方向比宽、高方向,更易发生挤压失效;挤压失效模式具有不确定性;该电芯挤压损伤容限为10 mm;模组长度方向挤压更易发生热失控,与电池单体一致。该结果可为动力电池包的安全布置设计及仿真失效判定提供参考。

正面碰撞试验中坐垫刚度均匀性对乘员伤害影响研究

为提高汽车座椅坐垫的安全性,对坐垫刚度前后一致和前高后低的两款座椅进行了台车试验研究,结果表明,坐垫刚度前高后低将会造成乘员骨盆发生"二次碰撞",导致乘员的胸部加速度幅值和压缩变形量增高,颈部张力增大,同时带来安全气囊触底风险,最终造成乘员上半身的伤害相应加重。因此在选配座椅时,应尽可能选择坐垫前、后刚度接近的座椅。