三种碰撞工况下的新型儿童约束系统参数研究

摘要

随着汽车保有量的不断增长，交通事故也随之频繁发生，由于约束系统与乘员尺寸不匹配所造成的儿童乘车安全问题引起了人们的广泛关注。传统的汽车用约束装置都是基于成人开发的，对于身体尺寸较小的儿童乘员来说，在发生车辆碰撞时，不但达不到预期的保护效果，甚至可能会对其造成额外的损伤。集成式儿重安全座椅，由于直接集成在成人座椅上，并配合三点式成人安全带使用，因此，可有效避免儿童座椅的误用，然而，现有的集成式儿童安全座椅，普遍存在占用成人座椅位置及增高座垫不可实现自动匹配不同儿童乘员等缺点。
　　本文的研究基于一款已获国家专利的新型集成式汽车用儿童安全座椅，经验证可为3～10的儿童乘员提供有效的保护。在该集成式安全座椅的基础上，为实现其在碰撞事故中对乘员的最佳保护，以6岁儿童乘员为研究对象，采用经验证的该集成式儿童座椅约束系统模型，首先对该座椅的座垫调节机构进行强度分析，然后在正面碰撞、侧面碰撞和追尾碰撞三种不同的汽车碰撞工况下，分别结合拉丁超立方、正交和均匀试验设计方案和多项式响应面代理模型的方法，在MADYMO中对座椅高度和座垫深度等设计参数进行碰撞仿真分析和优化设计，并对优化结果进行了验证和对比分析。
　　研究表明，该新型集成式儿童约束系统在三种典型的碰撞工况下均可有效提高儿童约束系统保护性能，减少碰撞事故中的儿童乘员损伤，达到对车内儿童的最佳保护。通过对约束系统的优化分析确定了各工况下的最优匹配设计。在正面碰撞工况下，确定座椅高度为0.145m，座垫深度为0.329m，此时儿童头部合成加速度峰值下降了15.52％，胸部合成加速度峰值下降了20.39％；在侧面碰撞工况下，确定座垫刚度降低20％，座垫摩擦系数为0.3，安全带上固定点高度为0.325m，织带刚度降低20％，此时儿童头部合成加速度峰值下降了13.40％；在追尾碰撞工况下，确定头枕刚度增加20％，靠背刚度增加20％，此时儿童头部合成加速度峰值下降了9.398％，胸部合成加速度峰值下降了16.06％。
　　本文的研究结果对国内的儿童乘员损伤防护研究工作具有一定的参考意义。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 研究背景与儿童乘员保护现状

1.1.1 研究背景

1.1.2 儿童乘员保护现状

1.2 儿童乘员交通事故伤流行病学

1.3 儿童乘员损伤生物力学

1.3.1 儿童乘员损伤生物力学基本理论

1.3.2 儿童乘员损伤机理

1.4 儿童乘员损伤评价准则

1.4.1 头部损伤标准

1.4.2 颈部损伤标准

1.4.3 胸部损伤标准

1.5 儿童安全座椅约束系统

1.5.1 儿童约束系统的结构及分类

1.5.2 几种典型的集成式儿童安全座椅

1.6 本文主要研究内容及意义

第2章 新型集成式儿童安全座椅结构及强度分析

2.1 新型集成式儿童安全座椅介绍

2.1.1 儿童安全座椅结构组成

2.1.2 座垫调节机构工作原理

2.1.3 新型集成式儿童安全座椅的优点

2.2 座垫调节机构仿真分析

2.2.1 有限元仿真模型的建立

2.2.2 座垫调节机构的强度分析

2.3 本章小结

第3章 正面碰撞工况下参数研究

3.1 新型集成式儿童约束系统仿真试验模型

3.1.1 多刚体动力学理论

3.1.2 新型集成式儿童约束系统模型

3.2 参数优化研究方法

3.2.1 试验设计

3.2.2 多项式响应面代理模型

3.3 正面碰撞工况下参数优化

3.3.1 设计参数及评价指标

3.3.2 加速度脉冲曲线

3.3.3 仿真试验计算

3.3.4 仿真结果分析及优化

3.4 本章小结

第4章 侧面碰撞工况下参数研究

4.1 侧面碰撞儿童安全概述

4.2 侧面碰撞工况下参数优化

4.2.1 设计参数及评价指标

4.2.2 加速度脉冲曲线

4.2.3 仿真试验计算

4.2.4 仿真结果分析及优化

4.3 本章小结

第5章 追尾碰撞工况下参数研究

5.1 追尾碰撞颈部挥鞭样伤概述

5.1.1 追尾碰撞理论

5.1.2 颈部挥鞭样伤

5.1.3 追尾碰撞相关试验法规

5.2 追尾碰撞工况下参数优化

5.2.1 设计参数及评价指标

5.2.2 加速度脉冲曲线

5.2.3 仿真试验计算

5.2.4 仿真结果分析及优化

5.3 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

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