Simulation Analysis of Car Front Collision Based on LS-DYNA and Hyper Works

Based on the basic principle of vehicle crash analysis using the finite element method, a car finite element model was built by using Hypermesh software. To simulate the front collision test of the car, the LS-DYNA software is adopted to calculate the deformation of the car and the acceleration time history curves during the crashing process;the anti-impact capability of the car is evaluated from this simulation. The results demonstrate that the improvement of local structure can promote the crashworthiness of the car, but the further improvement needs a major change of the car structure.

不同坐姿乘员在自动驾驶汽车碰撞中的损伤仿真实验

为研究不同坐姿乘员在自动驾驶汽车中的碰撞安全性,筛选了7种具有代表性的乘员姿态(包括头部、上肢和躯干的变化)进行正面碰撞的仿真实验,对其乘员运动学和所受载荷进行了对比分析,研究其姿态对乘员碰撞损伤的影响。结果表明:在正面碰撞仿真实验中,倚靠姿态乘员的综合损伤风险与其他姿态相比更高,较交谈姿态,倚靠姿态乘员胸部压缩量增大了45.5%,肋骨骨折严重,内脏器官应变提高了48.8%,左倾姿态乘员损伤风险则明显降低,其头部损伤风险减少了49.1%,胸部损伤降低了14.4%。基于此,提出乘员在碰撞前可通过调整自身姿态来规避部分损伤的策略,以提高乘员在自动驾驶汽车中的碰撞安全性。

微型电动汽车正面碰撞约束系统匹配研究

目前对微型电动汽车相关研究逐渐增多,但碰撞安全性能方面的研究相对较少。基于国内某款微型电动汽车在进行49 km/h正面碰撞后车内Hybrid Ⅲ 50th男性假人伤害程度较高的问题,对该车约束系统的参数匹配进行优化处理。参考相关规范对驾乘人员的保护要求,以仿真分析结果中的头部伤害指标HIC、头部累积3 ms合成加速度、加权综合损伤数值WIC为研究指标,进行极差分析来综合选取参数及水平值;通过正交试验进行优化设计仿真,最终得出最佳约束系统的最佳参数匹配方式,使得微型电动汽车在发生碰撞事故时驾驶员头部位置的伤害得到降低,同时维持或降低胸部和下肢伤害水平,综合损伤也得到降低。结果表明优化后的该约束系统可达到对驾驶员最优的保护效果。

偏置碰撞中落地式油门踏板对驾驶员小腿损伤特征及保护

研究了Euro NCAP正面偏置碰撞工况中落地式油门踏板对驾驶员大腿及小腿产生的伤害机理,并制定了相应的腿部保护策略。对同一个平台上分别搭载悬挂式油门踏板和落地式油门踏板的2款车型,在整车碰撞过程中的脚部运动响应、伤害曲线特征进行分析研究;通过试验及有限元仿真分析,制定了相应的腿部保护策略;进行了整车试验验证。结果表明:悬挂式油门踏板对小腿的伤害产生在小腿下部,伤害形式为脚掌外翻产生的X向弯矩;落地式油门踏板脚掌外翻幅度较小,产生的伤害在小腿上部和大腿部位,伤害形式为由小腿胫骨撞击仪表板产生的胫骨弯曲导致的小腿上部Y向弯矩和膝盖滑动位移。与优化前相比,落地式油门踏板优化后的保护策略,使膝盖滑动位移(D_(S))降低72.2%,小腿右上胫骨指数(TI)降低48.6%;相对于同平台装载悬挂式油门踏板车型的情况,D_(S)降低11.5%,TI降低25%。

正面碰撞车身加速度波形简化方法研究

在正面碰撞试验中,车身加速度是影响乘员保护的重要因素,但其曲线高频震荡,很难直接研究其与乘员损伤之间的关系。针对车辆正面碰撞的特点,将车辆在碰撞过程中碰撞力的传递路径分为不同阶段,并依据各阶段的特点,对车身加速度曲线进行参数化建模,找到车身加速度的各特征点。利用有限元模型研究简化前后车身加速度曲线对假人损伤的影响,结果表明,简化曲线与原始曲线的相似度较高,并且假人在2种曲线下的响应基本一致,简化曲线可以代替原始曲线用于车辆碰撞安全性的研究,为进一步研究车身加速度特征点的大小及其出现时刻对乘员各部位损伤影响的关系打下基础。

基于最优碰撞波形的某电动汽车前端结构碰撞性能改进

为实现电动汽车正面碰撞时车身结构吸能最大化,通过分析汽车最优碰撞波形构型的特点,结合理论和经验公式对汽车前端结构进行设计,同时引入弯折等变形模式,提出基于理论最优波形构型的车身结构正面碰撞性能改进方法。结果表明,改进后车体结构的碰撞波形与最优波形构型基本一致,同时乘员胸部加速度明显下降,提高了整车安全性。

某乘用车正面碰撞仿真分析

为准确评价整车正面碰撞过程中的碰撞安全性能,采用CATIA软件建立整车几何模型,导入HyperMesh软件搭建整车有限元模型,结合LS-DYNA软件模拟汽车正面碰撞,并采用HyperMesh软件分析模型可靠性及碰撞过程中整车变形、B柱加速度、各部件变形等。仿真结果表明:整车碰撞期间,增加质量与总质量的比为2.16%,沙漏能与总能量的比为1.02%,整车模型可靠性满足要求;左右两侧B柱最大加速度分别约为42.5 g(g为自由落体加速度)、45.4 g,满足中国新车评价规程中两侧B柱最大加速度不得超过72 g的要求;该车前防撞梁最大变形为178.1 mm,前吸能盒最大变形为315.9 mm,前纵梁最大变形为618.9 mm,该车前部吸能部件具有良好的吸能效果;前围板最大变形为137.8 mm,满足碰撞试验前围板最大变形不超过150 mm的限值要求,可以保护驾驶员及乘客的安全。

正面碰撞双线性近似等效波形参数对胸部损伤的影响研究

为了探究正面碰撞减速度波形参数对假人胸部损伤的影响,采用将减速度波形等效为双线性近似等效波形(BSAW)的方法,利用MADYMO完成正面碰撞仿真。结果表明,在保证车体速度和变形量不变,BSAW曲线在第一阶段斜率较大、末尾峰值较高时所对应的假人损伤较小;在仅保证速度变化相同的情况下,BSAW参数对于胸部X向减速度峰值的影响显著性由大到小依次为一阶段峰值、二阶段峰值、一阶段峰值时刻。

周转拖车前端构件碰撞安全性能及轻量化设计

周转拖车前端结构设计除保证设备的安全外,还要考虑如何实现轻量化。该文综合考虑碰撞安全性能和轻量化要求,首先采用LS-DYNA建立了周转拖车前端典型吸能结构碰撞分析有限元模型,根据此模型分析了防撞梁材料的选择对整体结构在100%正面高速碰撞工况下的碰撞安全性能的影响,得出防撞梁材料分别为铝合金和钢时,总吸能量、前纵梁溃缩量和碰撞力峰值的变化不超过2%,而且将防撞梁由钢替换为铝合金可以使结构总质量降低23.9%,比吸能提高31.1%。然后进一步以各薄壁梁厚度为设计变量对结构碰撞安全性能和重量进行优化设计,得出防撞梁厚度为1.7 mm、吸能盒厚度1.8 mm、前纵梁厚度为2.575 mm为该吸能结构达到比吸能的最佳结果。该研究可提升周转拖车的防撞性能,同时具有减轻重量、节约能源等优点,为周转拖车的优化设计提供了有力支撑。

2024版C-NCAP正碰速度提高安全性能研究及优化

为评估2024版中国新车评价规程(C-NCAP)中碰撞速度提升对轿车、运动型多用途汽车(SUV)和多用途汽车(MPV)三种车型耐撞性的影响。通过有限元仿真方法发现,速度由(50+1)km/h提升至(55+1)km/h后,车身前围板入侵量增大,乘员舱加速度峰值及乘员载荷准则(OLC)增加约4g。同时,驾驶员侧约束系统安全性能下降,头部接触方向盘风险增大,胸部压缩量变差。为应对此问题,提出优化方案,为2024版C-NCAP被动安全开发提供参考,并为主机厂前期被动安全优化开发提供策略指导。

车辆安全性能中假人数据特性

经过多年的发展全球汽车行业发生了翻天覆地的变化,国内的汽车行业也伴随着国内经济的发展,经历了从无到有,由弱到强的的新阶段。国内汽车行业的发展和进步,不只简单的是产量和销量的增长,目前的车辆在性能和质量上也变得更可靠更安全。在国内强制标准和测评体系的推动下,车辆的安全性越来越受到消费者的关注,企业在车辆安全性的开发上要求更加全面细致。假人伤害评价各安全评价指标不只有其评价指标的方向性而且在特定的碰撞工况中有其固有的数据特性,经过对数据特性的总结的分析,掌握其各阶段数据的特性和表现,能够为车辆安全性能开发提供有效的指引。

汽车正面碰撞中后排不同坐姿乘员损伤生物力学分析

为了研究后排乘员不同坐姿的正面碰撞损伤生物力学特征,采用有限元仿真分析的研究方法,对THUMS AM50乘员在50 km/h正面碰撞时标准坐姿、左倾15°以及右倾15°这3种坐姿下的损伤生物力学进行了分析。并针对左倾15°坐姿,使用3+2点式安全带以及后排正向安全气囊对乘员进行了碰撞保护策略研究。结果表明:乘员左倾15°坐姿损伤最为严重,为此使用3+2点式安全带能有效减轻乘员头部损伤;使用后排正向安全气囊很大程度上对乘员头部以及胸部起到保护作用,并且对左右倾斜坐姿的乘员也具有好的保护效果。未来需要加强对后排乘员的保护研究,以适应不同的碰撞工况以及复杂多变的乘员坐姿。

儿童乘员在大倾角增高座椅中的下潜趋势及腹部损伤研究

为探究正面碰撞工况下大倾角增高座椅中儿童乘员的运动姿态、下潜趋势以及下潜对腹部损伤的影响,以经过验证的儿童增高座椅模型为基础,结合不同乘坐倾角的6岁PIPER儿童生物力学模型,在ECE R129正面碰撞台车模型中进行了动态模拟,建立了基于盆骨髂前上棘点的儿童下潜风险评价准则。仿真结果表明,50 km/h正面碰撞工况下,当靠背倾角超过35°后,儿童乘员发生下潜,下潜后腹部压缩量和粘性指数分别增加了234%和527%,肝脏最大第一主应变增加了45%,下潜导致腹部出现AIS 3损伤风险,限制盆骨旋转可减小儿童的下潜趋势。

多种儿童坐姿下预充气式安全气囊优化设计

为提升校车正面碰撞中预充气式安全气囊对6岁儿童乘员的保护功效,开展参数分析及优化设计研究,基于台车试验,构建、验证校车仿真模型;搭建校车-预充气式安全气囊耦合模型,面向正常坐姿(NP)、前倾坐姿(OOP 1)与右倾坐姿(OOP 2),探究气囊设计参数对儿童头部伤害指标(HIC)、胸部3 ms合成加速度a 3ms的影响特征。结果表明:当上部拉带长度增加时,气囊上部包形体积增大,HIC明显下降。中部拉带长度决定中下部包形的外部轮廓,安装点高度影响儿童与气囊的接触位置及时刻。NP与OOP 2下,当中部拉带由0.29 m减少至0.26 m时,a 3ms逐渐降低;当安装点高度上升时,HIC随之升高。减小、增大泄气阀的开启压力与开度,有利于头胸部保护。基于改进型第二代非支配排序遗传算法,以加权伤害指标为优化目标,权衡确定主要设计参数的最优配置。具备最优配置的预充气式安全气囊能够高效保护6岁儿童乘员。

基于 6σ 稳健设计的正碰车身前端关键部件轻量化研究

针对汽车正面碰撞结构优化设计中设计变量的不确定性和失效概率导致设计结果不可靠的问题,以某A0轿车正面碰撞为研究工况,引入6σ稳健性优化设计应用于结构优化设计,选取正碰时汽车前端关键吸能部件的厚度作为设计变量,建立稳健性分析流程和仿真模型,并结合Copula函数模型和粒子群优化算法(PSO)进行最优求解。据此分析正面碰撞过程中,前纵梁与前吸能盒结构在满足相关约束条件下,可减重4.36%,满足轻量化设计要求。

汽车吸能盒的结构设计与优化

以总吸能量、峰值载荷、压缩位移为评价指标,构建以截面形状为正六边形的铝合金吸能盒模型,在吸能盒内腔加焊加强肋板,考虑其布置形式对吸能特性的影响,通过仿真分析,得到综合特性较优的方案。仿生节可以提高禾本植物茎的机械强度。将这一思想应用到吸能盒结构的二次设计,研究其对吸能盒特性的影响。在吸能量和压缩位移基本不变的情况下,峰值载荷在较优方案的基础上降低16.7%,使其碰撞变形模式更加合理,进一步使吸能盒的吸能特性更满足实际工程需要。

某乘用车地板纵梁抗撞性优化方法研究

汽车车身地板纵梁前端和地板纵梁的抗撞性直接影响到汽车正面碰撞时侵入量的大小。汽车碰撞中该部位的运动和变形形式复杂,结构设计变量多,是汽车车身抗撞性设计的难点部位。以减小驾驶室侵入量为目标,建立地板纵梁前端和地板纵梁碰撞变形的简化机构,利用限度分析法,结合薄壁梁最大弯曲力矩理论,将地板纵梁前端和地板纵梁的变形量目标转化为该部位最大弯曲力矩。采用帽形薄壁梁最大弯曲力矩理论公式,考虑结构质量因素,进行结构尺寸、厚度和材料的选择。在65km/h正面全宽刚性碰撞工况中,采用该方法获得的优化结构可使加速度峰值降低72.4m/s^(2),驾驶员侧左脚处和转向节处侵入量分别降低21.1mm和25.8mm,达到了将最大侵入量控制在150mm以内的目标。

膝部安全气囊仿真与优化

本文针对正面气囊和安全带等被动安全装置在正面碰撞中对乘员腿部保护效果有限问题,通过计算机仿真探究膝部安全气囊对乘员腿部的保护效果。利用仿真软件MADYMO建立含有和不含有膝部安全气囊的正面碰撞约束系统,并且对这两个约束系统进行碰撞仿真模拟;对含有膝部安全气囊的正面碰撞约束系统进行灵敏度分析、正交试验设计和极差分析,并进一步优化,同时将两个约束系统中假人的伤害指标和时程曲线进行对比。结果表明:膝部安全气囊可以减少正面碰撞时乘员腿部的损伤情况。

基于Thor-AV假人有限元模型的不同坐姿乘员损伤分析

为研究不同坐姿下乘员正面碰撞损伤趋势,基于某车型构建了Thor-AV假人与车辆碰撞仿真模型,对3组不同坐姿(座垫角度25°,座椅靠背角度42°、52°、62°)乘员假人开展中国新车评价规程(C-NCAP)正面100%重叠刚性壁障碰撞仿真。结果表明:座椅靠背角度越大,头部伤害风险越大;颈部剪切力及轴向拉力随靠背角度增大而逐步增大;乘员锁骨在碰撞过程中存在较大的骨折风险;胸椎T12的轴向压缩力对乘员安全产生较大威胁,在座椅靠背角度为62°时最大压缩力达到11.6kN;该车型在大角度靠背座椅状态下,约束系统不能有效保护乘员。

基于Madymo的汽车约束系统对不同坐姿女性驾驶人的保护分析

基于多刚体动力学软件Madymo并考虑实际驾驶情况,对第5百分位女性驾驶人标准驾驶姿态及座椅靠背前倾20°驾驶姿态进行100%正面碰撞仿真模拟,选取假人头部损伤值HIC15、头部合成加速度、胸部合成加速度、胸部压缩量、大腿力为参考依据,以综合伤害WIC值为衡量指标,考察约束系统对两种不同姿态下女性驾驶人的保护效果。依据仿真模拟结果,选取气囊排气孔直径、安全带上固定点位置、发生器气体质量流率为目标参数,利用正交试验,对座椅靠背前倾20°时约束系统保护效果不佳进行优化。优化结果显示:头部HIC15值降低39.6%,胸部压缩量降低12.6%,WIC值降低28.6%,提升了该工况下女性驾驶人的驾驶安性。