汽车驾驶员安全气囊静态爆破仿真与试验研究

摘要

随着不断增加的交通事故带来的人员伤亡和财产损失，人们对汽车安全性能的要求越来越高。安全气囊作为汽车被动安全系统的重要组成部件之一，在汽车发生碰撞事故时，可有效防止由于人体惯性与汽车内饰发生的二次碰撞。目前，各类汽车上普遍装有安全气囊，且根据车型和保护部位的不同，气囊的种类和形状也不尽相同。利用计算机仿真的方法可大幅降低现有以实际爆破为主的气囊设计成本和研发周期。因此，建立准确且贴合实际的安全气囊有限元模型非常重要。
　　本文在对现有安全气囊仿真方法（均压法、计算流体力学法、颗粒法）分析的基础上，首先利用LS-PrePost软件建立了驾驶员侧安全气囊有限元模型；然后按照传统的上下折叠、左右卷曲折叠方式，在软件自带的折叠模块中对气囊模型进行了折叠处理；最后将气囊模型导入LS-DYNA软件中运算求解，通过对三种仿真方法气囊模型上层织物中心区域Z方向平均加速度的对比分析，得出利用均压法对气囊静态爆破仿真更有优势的结论。
　　通过对气囊展开对驾驶员撞伤、扭伤和擦伤伤害的研究，提出了一种汽车驾驶员安全气囊静态展开质量评价方法，其评价指标主要包括气囊上层织物中心区域Z方向速度、Z方向坐标差和XY方向位移。将该评价方法应用于本文建立的气囊模型中，准确指出了气囊在防撞伤方面的性能缺陷，验证了评价方法的可行性。
　　设计、搭建了汽车驾驶员安全气囊静态爆破试验台，并建立了基于气囊展开投影面积比线性相关性和X、Y、Z三个方向展开速度的仿真模型验证方法。试验台主要由试验系统和图像采集系统两部分组成。首先，由试验系统对气囊进行静态爆破，图像采集系统对爆破过程视频录制；然后将爆破视频与仿真动画进行相同视角、相同时间节点气囊展开状态对比，并分别计算二者在YOZ、XOZ平面内的投影面积、面积比及X、Y、Z三个方向的展开速度；最后对两组面积比数据进行线性拟合，并分别对比仿真与试验气囊各方向展开速度。拟合结果显示，相关性系数分别为0.97752、0.97521；各方向展开速度变化趋势一致，波峰、波谷出现时间最大偏差为1ms，峰值最大偏差为7.8m/s。以上结果分析充分验证了仿真模型的准确性。

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第一章 绪 论

1.1 引言

1.2 安全气囊概述

1.3 安全气囊仿真技术的发展现状

1.4 课题来源

1.5 本文主要研究内容

第二章 安全气囊仿真理论及方法确定

2.1 安全气囊仿真分析流程

2.2 安全气囊仿真理论

2.3 常用仿真方法

2.4 本章小结

第三章 安全气囊静态爆破仿真分析

3.1 安全气囊仿真软件选用

3.2 安全气囊建模

3.3 安全气囊初步展开分析

3.4 安全气囊折叠

3.5 折叠气囊展开仿真

3.6 本章小结

第四章 安全气囊静态展开质量评价

4.1 安全气囊展开对乘员伤害分析

4.2 安全气囊静态展开质量评价指标

4.3 安全气囊静态展开质量评价方法

4.4 安全气囊静态展开质量评价方法的应用

4.5 本章小结

第五章 安全气囊静态爆破仿真试验验证

5.1 试验系统设计

5.2 某型驾驶员安全气囊静态爆破试验

5.3 结果分析

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

作者简介

攻读硕士学位期间研究成果