兼顾行人下肢保护与低速碰撞的保险杠吸能器研究

摘要

在交通事故中，行人通常处于弱势地位，易造成严重伤害。因此，轿车前保险杠系统的设计需要满足行人保护法规的要求。与此同时，前保险杠系统也要满足低速碰撞法规的要求。但行人下肢保护与低速碰撞具有一定的矛盾性，因此，通过合理的前保险杠系统结构设计来兼顾行人下肢保护与低速碰撞的要求具有重要意义。
　　本文充分吸收国内外对前保险杠系统的研究成果，对轿车保险杠吸能器进行了模块化的重新设计并进行了结构参数优化，使其可通过自身结构特点自适应地选择不同的吸能模式，可以更好地兼顾两种碰撞形式的防护性能。
　　首先，本文对前保险杠吸能器吸能单元进行了设计，所采用的X形吸能单元可基于外部碰撞能量的大小，通过改变自身变形模式，分阶段地提升吸能能力。同时，本文基于所设计的单个吸能单元，以某现有国产车型为基础，设计了单元拼装形式的模块化轿车前保险杠吸能器。根据GB/T24550-2009行人保护法规和CMVSS215低速碰撞法规的要求，利用有限元仿真分析评估了其在两种不同碰撞形式下的耐撞性能，并与传统泡沫吸能器进行了对比分析。结果表明:不同于传统泡沫吸能结构，该吸能器在行人碰撞与低速碰撞时会产生不同的变形模式，可以很好地兼顾行人保护与低速碰撞的性能要求。
　　其次，本文所设计的前保险杠吸能器采用了新型工程塑料Xenoy合金，其性能稳定，具有很强的能量吸收效能。本文对比分析了PC/PET XL1339及PC/PBT1103两种不同型号的Xenoy合金，分别进行了材料拉伸力学试验，结果表明:PC/PBT1103型Xenoy合金性能稳定，实验重复性好。同时，本文通过实验得到了PC/PBT1103型Xenoy合金相应的材料参数，进行下一步的研究。
　　进一步地，本文对所设计的轿车前保险杠吸能器部分结构参数进行了多目标优化。本文对其中的三个结构参数分别设置了三个水平进行了全因子试验。基于试验结果，本文采用了粒子群算法对结构参数进行了多目标优化。结果表明:优化所得结构参数对应的损伤值与仿真值的误差均控制在15％以内，且行人下肢保护与低速碰撞的各损伤性能均有了不同程度的提升。
　　本文所做的研究，对于提高行人下肢保护和低速碰撞的性能具有明显的效果，同时对轿车前保险杠吸能器的设计有一定的借鉴作用，具有较强的工程意义。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．1．1 课题研究背景

1．1．2 课题研究意义

1．2 国内外相关研究现状

1．2．1 国内外行人下肢保护研究现状

1．2．2 国内外低速碰撞研究现状

1．2．3 国内外兼顾行人保护及低速碰撞的研究现状

1．2．4 汽车新型保险杠吸能器的研究现状

1．3 本文主要研究内容

第2章 汽车碰撞有限元方法及优化算法理论

2．1 有限元方法简介

2．1．1 动力学基本方程

2．1．2 数值计算方法理论

2．1．3 LS-DYNA软件介绍

2．2 优化算法理论简介

2．2．1 粒子群算法简介

2．2．2 响应面模型简介

2．2．2 ISIGHT软件简介

2．3 本章小结

第3章 轿车前保险杠吸能器设计

3．1 单个吸能单元设计

3．1．1 材料选择

3．1．2 吸能单元形状设计

3．2 轿车保险杠吸能器总体设计

3．2．1 吸能单元个数设定

3．2．2 吸能器部件设计

3．3 本章小结

第4章 行人下肢保护与低速碰撞性能评估

4．1 整车有限元模型研究

4．1．1 整车有限元模型的建立

4．1．2 整车有限元模型有效性验证

4．2 车辆行人保护性能评估

4．2．1 行人安全法规介绍

4．2．2 车辆行人碰撞有限元模型的建立

4．2．3 仿真结果对比分析

4．3 车辆低速碰撞性能评估

4．3．1 低速碰撞法规介绍

4．3．2 车辆低速碰撞有限元模型的建立

4．3．3 仿真结果对比分析

4．4 本章小结

第5章 Xenoy工程塑料的材料性能验证

5．1 拉伸试样的制备

5．1．1 设备简介

5．1．2 标样注塑成型

5．2 材料拉伸试验

5．2．1 设备简介

5．2．2 拉伸试验对比

5．2．3 拉伸试验仿真对标

5．3 行人下肢保护与低速碰撞试验结果可靠性评估

5．4 本章小结

第6章 保险杠吸能器结构参数优化

6．1 结构参数的选取

6．2 全因子试验

6．3 结构参数优化设计

6．4 优化结果验证及结构参数的确定

6．5 本章小结

总结和展望

参考文献

致谢

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