客车座椅动态试验仿真与改进

为了使新生产的客车座椅满足动态试验国标GB13057—2014的强制要求,利用显式有限元软件LS-DYNA 3D建立某公司客车乘员座椅三维数模和有限元模型,耦合HybridⅢ50%成年男性假人模型,得到客车座椅动态试验仿真模型;采用乘员损伤峰值、加权损伤指标(WIC)、乘员动态响应及位姿和客车座椅变形模式对标分析试验结果,验证模型可信度;通过改变座椅靠背海绵刚度和对座椅脚架开展基于成本考量的轻量化设计,改进仿真模型。结果表明:试验和仿真结果中乘员损伤指标和座椅变形吻合良好,WIC值误差不超过4.3%;轻量化设计效果明显,在成本增加2.8%的同时,座椅脚架减重31.8%,使WIC值降低11%;在综合考虑国标允许变形范围和座椅舒适性前提下,弱化座椅主要受力部件强度和降低前排靠背海绵刚度可有效降低后排座椅乘员综合损伤风险。

载人空投着陆冲击下不同乘员姿态的损伤影响

针对某军用车辆在1 m高度进行无缓冲平台空投实验,并建立座椅与乘员的模拟模型。利用实验获取的座椅安装点冲击信号作为模拟模型的输入数据,并通过实验结果与模拟结果的对比验证了该模型的可靠性。借鉴航空工程相关研究,提出了一种将各关键损伤指标加以归一化的权重评价指标—加权损伤准则(weighted injury criteria,WIC)。研究了乘员仰卧角度和大小腿夹角两个姿态参数对乘员损伤的影响,并以WIC为优化目标,利用遗传算法完成参数优化工作。研究发现:对乘员小腿运动进行约束能降低乘员整体损伤响应,乘员对抗着陆冲击的最佳姿态为仰卧角47°~56°、大小腿夹角62°~68°。

正面碰撞条件下驾驶员安全气囊的匹配优化

为实现正面碰撞条件下驾驶员安全气囊的匹配优化,建立了某小型纯电动汽车的安全气囊有限元模型及其简化乘员约束系统模型,利用静态展开试验验证了模型的准确性,通过对安全气囊的气体质量流量缩放率、点火时刻等 7 个参数对乘员加权伤害指标(WIC)的灵敏度进行分析,确定了气囊主要优化参数。设计三因素七水平的正交试验,考察优化参数对 WIC、头部伤害指数(HIC)、胸部 3 ms 合成加速度及胸部压缩量的影响等级,利用极差分析确定气囊初步及局部匹配时参数调整优先顺序。构建气囊变量与 WIC 的高阶多项式代理模型,确定了气囊最优参数组合。结果表明,优化后 WIC 下降14.92%,乘员保护效果明显提高。

约束系统对不同体型女性驾驶人的保护研究

为提高轿车正面碰撞中约束系统对不同体型女性驾驶人的保护效果,依据美国国家高速公路交通安全管理局(NHTSA)的一例实车碰撞试验数据,基于Madymo软件建立有效的驾驶侧仿真模型。利用人体放缩法建立符合中国成年女性身体尺寸的第5、50和95百分位的女性驾驶人模型,以正交试验法进行仿真试验,研究转向管柱倾角、座椅高度、安全带上挂点高度、座椅靠背倾角以及气囊点爆时间等参数的匹配对女性驾驶人损伤的影响。结果表明:女性驾驶人体型越高大,其整体损伤(WIC)值越低;约束系统模型优化后,能明显降低小身材和中等身材女性驾驶人WIC值。

基于AEB正面碰撞的乘员主被动一体式损伤研究

为探究自动紧急制动(automatic emergency braking,AEB)系统与主动预紧安全带在发生正面碰撞时的防护效果,基于某车型构建了AEB功能和主动预紧安全带的乘员约束系统模型;对3组不同防护策略(无AEB无预紧安全带、有AEB无预紧安全带和有AEB有预紧安全带)开展了正面100%重叠刚性壁障碰撞仿真实验。仿真结果表明:仅有AEB作用下,乘员平均加权伤害指标(weighted injury criteria,WIC)值反而升高了79%;而在AEB和主动预紧安全带耦合作用下,乘员平均WIC值降低了9%。在主动预紧安全带与AEB系统联合作用下,能够有效提高乘员防护水平。