汽车侧面碰撞中集成式气囊系统的优化研究

摘要

根据国外机构统计表明，在汽车碰撞发生的交通事故中，大约有30％为侧面碰撞引发的交通事故。汽车侧面变形吸能部件少，是车体中强度较薄弱的部位，碰撞缓冲的区间较小，一旦发生侧碰时，不可能像前碰和后碰一样，有足够空间产生变形来吸收碰撞能量，因而乘员受伤的机率较大，特别容易造成乘员的头、胸等重要器官损伤。因此，车辆侧面碰撞安全性的研究成为车辆被动安全性研究的一项重要内容，如何提高车辆侧面碰撞事故发生时对乘员的保护性能成为当今又一热点课题。
　　本文旨在通过研究某款车的侧面安全性能，提出了利用汽车侧面胸臀一体式安全气囊和帘式安全气囊来提高乘员的安全性，并对两种气囊的乘员防护性能进行分析和优化。
　　文章首先建立并验证了可变形移动壁障的有限元模型，借助国内某款车型，采用有限元建模的方法，建立了整车侧面碰撞的有限元模型，通过与实验数据对比，验证了整车有限元模型的有效性。按照GB20071-2006标准要求进行了侧面碰撞仿真，结合多刚体动力学分析软件MADYMO，应用PSM子结构方法，得到假人损伤指标值并按照法规要求进行了分析和评价。针对模型在侧面碰撞中对乘员保护的不足，提出了用侧面胸臀一体式安全气囊和侧面帘式气囊保护乘员的胸臀和头部。针对侧面胸臀一体式气囊，通过分析单气室情况下，气囊对乘员的胸臀保护不足，提出了双气室侧面气囊，然后运用试验设计(DOE)技术，建立Kriging代理模型，结合多目标遗传算法NSGA，对双气室侧面胸臀一体式安全气囊的多目标优化问题进行研究，得到了较为理想的结果。最后建立并分析了侧面帘式气囊对乘员头部的保护效果，并根据推荐程序评估了其对离位乘员的损伤情况。
　　研究结果表明：双气室侧面胸臀一体式安全气囊对乘员的保护作用明显优于单气室气囊，并且通过优化使假人的损伤完全满足法规规定的侧面碰撞损伤的高性能限值，特别是兼顾了胸部和骨盆的损伤防护；结合子结构方法、均匀试验设计、Kriging代理模型和遗传算法的优化方法在汽车碰撞问题中能够取得较好的效果；侧面帘式气囊极大地减轻了乘员头部损伤，并且验证该帘式气囊对离位乘员的损伤较轻，在法规要求之内。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 汽车侧面气囊防护系统

1.2.1 安全气囊的工作原理

1.2.2 汽车胸臀一体式安全气囊

1.2.3 汽车侧面帘式安全气囊

1.3 侧面气囊系统的研究现状

1.4 侧面碰撞法规的研究

1.5 本文研究目的和主要内容

第2章 汽车气囊系统仿真优化设计理论

2.1 试验设计方法

2.1.1 正交试验设计

2.1.2 均匀试验设计

2.1.3 拉丁超立方试验设计

2.2 代理模型

2.2.1 响应表面模型

2.2.2 Kriging代理模型

2.2.3 人工神经网络模型

2.3 优化方法

2.3.1 遗传算法

2.3.2 蚁群算法

2.3.3 模拟退火算法

2.4 本章小结

第3章 侧面碰撞模型的建立和验证

3.1 引言

3.2 整车有限元模型的建立

3.3 移动变形壁障有限元模型介绍

3.4 侧面碰撞有限元模型的建立与验证

3.4.1 C-NCAP侧面碰撞试验法规介绍

3.4.2 侧面碰撞有限元模型的建立

3.4.3 整车侧面碰撞有限元模型的验证

3.5 本章小结

第4章 侧面胸臀一体式安全气囊对乘员胸部和臀部的防护研究

4.1 引言

4.2 侧面碰撞乘员损伤评价标准

4.2.1 头部损伤标准

4.2.2 胸部损伤标准

4.2.3 腹部损伤标准

4.2.4 骨盆损伤标准

4.3 侧面子结构模型的建立

4.3.1 PSM方法的介绍

4.3.2 侧面子结构模型的建立

4.3.3 侧面碰撞假人损伤分析

4.4 单气室侧碰气囊对乘员的损伤防护分析

4.4.1 侧面单气室胸臀一体式气囊建模

4.4.2 单气室气囊对乘员的损伤防护分析

4.5 双气室侧碰气囊对乘员的损伤防护分析

4.5.1 侧面胸臀气囊模型的建立

4.5.2 设计变量的选择

4.5.3 设计参数的筛选

4.5.4 参数优化设计

4.6 本章小结

第5章 侧面帘式安全气囊对乘员头部的防护研究

5.1 引言

5.2 侧面帘式气囊的建立与静态展开分析

5.2.1 气囊仿真模型的建立

5.2.2 帘式气囊的静态展开分析

5.3 侧面帘式气囊动态冲击分析

5.3.1 帘式气囊FMH试验简介

5.3.2 帘式气囊FMH仿真试验

5.4 侧面帘式气囊对离位乘员的损伤分析

5.4.1 侧面帘式气囊展开对乘员的伤害评估

5.4.2 离位乘员试验模型的建立

5.4.3 离位乘员的损伤分析

5.5 本章小结

总结和展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间发表的学术论文目录