汽车高速行驶时的乘员碰撞安全性预测与稳健性研究

摘要

实际道路交通中的驾乘人员具有不同的身材和体型，现有的针对特定碰撞强度、特定乘坐位置下的标准身材假人所设计的乘员约束系统已无法满足多种碰撞工况下不同身材乘员的驾乘安全性需要。不仅如此，当车辆在高速行驶状态下发生碰撞事故，现有的乘员约束系统能否提供同等效果的安全防护，还有待商榷。另一方面，普通安全气囊造成离位乘员以及儿童乘员的伤害事故也时有发生，普通乘员约束系统在面对复杂多变的实际碰撞事故时已呈现明显的局限性。此外，由于乘员约束系统的高度菲线性以及工程实际中设计变量与边界条件的波动，确定性优化设计结果往往超出约束边界而失效，因此，开展针对高速碰撞中汽车乘员约束系统的稳健性优化设计很有必要。
　　基于以上原因，本文以不同身材驾乘人员为研究对象，开展针对乘员高速碰撞损伤预测与乘员约束系统稳健性优化的研究工作。本文的主要工作包括以下几个方面:
　　(1)应用MADYMO软件分别建立包含三种身材假人的驾驶员侧正面碰撞乘员约束系统仿真模型，并以包含第50百分位男性假人的仿真模型为例进行了有效性验证。
　　(2)利用仿真模拟结果构建代理模型，在传统静态代理模型的基础上，通过总结前人研究成果，提出基于核心采样空间的动态代理模型技术，并结合多目标遗传优化算法，将其用于分析不同身材乘员高速碰撞中的损伤响应，预测乘员的安全驾驶工况，进而提出概念性预防策略。
　　(3)将试验设计、代理模型技术以及稳健性设计优化方法进行有效融合，在确定性优化的基础上开展针对乘员约束系统配置参数的可靠性稳健优化设计，以提升乘员约束系统防护性能的稳健性。
　　研究表明，在现有乘员约束系统的保护下，驾乘人员在高速碰撞中的损伤情况与其身材、坐姿等特异性有着密切联系;基于核心采样空间的动态代理模型技术在优化解附近具有较高的拟合精度;相比于确定性优化，稳健性优化所得乘员损伤值虽有所增加，但系统稳健性更佳，具有较高的工程应用价值。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 汽车高速正面碰撞乘员安全性研究的背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．3 乘员损伤评价与碰撞技术法规

1．3．1 乘员损伤评价准则

1．3．2 碰撞安全技术法规

1．4 本文主要研究内容和方法

第2章 汽车碰撞安全性仿真分析与代理模型技术

2．1 汽车碰撞安全性仿真分析

2．2 代理模型技术的理论基础

2．2．1 试验设计方法

2．2．2 代理模型技术

2．2．3 优化算法

2．3 动态代理模型技术

2．3．1 动态代理模型概述

2．3．2 动态代理模型优化策略

2．3．3 精度验证与优化收敛

2．4 本章小结

第3章 正面碰撞乘员约束系统仿真模型建立与验证

3．1 引言

3．2 乘员约束系统仿真模型的建立

3．2．1 乘员舱模型的建立

3．2．2 假人模型的定位

3．2．3 安全带模型的建立

3．2．4 安全气囊模型的建立

3．2．5 模型输入与输出

3．3 模型的验证

3．4 本章小结

第4章 正面高速碰撞中乘员损伤预测与预防研究

4．1 概述

4．2 乘员损伤预测模型的构建

4．2．1 初始设计空间的选取与定义

4．2．2 静态代理模型的构建与选择

4．2．3 基于动态代理模型的优化求解

4．2．4 安全驾驶参数空间搜索

4．3 乘员损伤分析与预防策略制定

4．3．1 不同身材乘员损伤特异性分析

4．3．2 乘员损伤预防策略制定

4．4 本章小结

第5章 乘员约束系统碰撞安全性稳健设计与优化

5．1 稳健性设计理论概述

5．2 乘员约束系统稳健性设计参数选择

5．3 代理模型的构建与验证

5．4 乘员约束系统可靠性设计

5．5 乘员约束系统6σ稳健性设计优化

5．6 稳健优化结果分析

5．7 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

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