具有环形腰带的四点式儿童安全带的设计及仿真研究

摘要

近年来，儿童乘车安全防护逐渐成为汽车碰撞安全领域研究的重要课题之一。目前配备的儿童用安全带，如成人三点式、传统四点式和五点式儿童安全带均存在一定的不足：由于儿童骨骼发育不完全，在碰撞过程中成人三点式安全带易对儿童肩部和胸部产生局部伤害；佩戴传统四点式安全带的儿童在碰撞过程中容易出现“下潜”；五点式儿童安全带的胯带会影响儿童乘坐的舒适性，且不便随着座垫高度进行调整以适应不同年龄的儿童。
　　针对上述儿童安全带存在的不足，本文提出了一种能够配备在集成式儿童安全座椅上的具有环形腰带的四点式儿童安全带，适用于3～10岁儿童乘员，操作简便，能有效避免误操作。该儿童安全带能随着座垫高度的变化进行调整以适应不同年龄和体形的儿童，且环形腰带结构能有效防止儿童乘员在碰撞过程中出现“下潜”。详细介绍了该儿童安全带的结构方案和工作原理，并试制了儿童安全带样件。对该儿童安全带样件进行了正面台车碰撞试验，由于样件的强度刚度无法保证，为安全起见，试验设置的碰撞速度为不超过30km/h。
　　利用多刚体动力学仿真软件MADYMO建立了基于6岁儿童假人的具有环形腰带的四点式儿童安全带的正面碰撞仿真模型，并根据试验数据对仿真模型进行了有效性验证。在此基础上选取了对安全带保护效果影响较大的左右肩带滑环间距W和肩腰带连接件长度H两个参数作为设计变量，并采用均匀设计方法、逐步回归分析、遗传算法对该安全带结构参数进行了优化研究。
　　为了分析优化后儿童安全带对3～10岁儿童假人的保护效果，选取了3岁、6岁和10岁三个儿童假人作为研究对象。根据上述仿真模型的建立过程，建立了基于3岁和10岁儿童假人的正面碰撞仿真模型，并采用了基于50km/h碰撞速度的符合.ECE R44法规的加速度.时间曲线。对比了3岁、6岁、10岁儿童假人在安全带优化前后的损伤情况，并将损伤值与法规值进行了对比。
　　研究表明，左右肩带滑环间距W和肩腰带连接件Ⅱ在最大值和最小值之间变化时，存在一个中间值使得该安全带的保护性能最好；优化后的儿童安全带对6岁儿童假人的保护效果得到了明显的提高，儿童假人的综合损伤值CIC比优化前下降了约12％；在ECE R44法规设置下，优化后的儿童安全带对3岁、6岁和10岁儿童假人的保护效果也得到了改善，且儿童假人的损伤值都在法规范围内，证明该安全带能为3～10岁儿童乘员提供有效的保护。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 儿童交通安全的研究背景

1.2 国内外儿童乘员安全研究概况

1.2.1 国外儿童乘员安全研究概况

1.2.2 国内儿童乘员安全研究概况

1.3 儿童乘员损伤的特殊性

1.4 儿童乘员损伤评价

1.4.1 儿童乘员损伤评价标准

1.4.2 欧洲ECE R44法规评价准则

1.4.3 美国FMVSS 213法规评价准则

1.5 儿童约束系统概况

1.5.1 儿童约束系统的定义

1.5.2 儿童约束系统的分类和组成

1.5.3 儿童约束系统的误用现状

1.5.4 集成式汽车儿童安全座椅现状

1.6 本文主要研究内容及意义

第2章 具有环形腰带四点式儿童安全带的结构设计

2.1 具有环形腰带四点式儿童安全带的结构方案设计

2.1.1 现有技术的不足

2.1.2 具体结构方案实施

2.2 具有环形腰带的四点式儿童安全带的样件试制

2.2.1 安全带试制

2.2.2 座椅改装

2.3 具有环形腰带的四点式儿童安全带的优点

2.4 本章小结

第3章 正面碰撞仿真模型的建立及验证

3.1 具有环形腰带的四点式儿童安全带仿真模型的建立

3.1.1 汽车后排座椅及增高坐垫模型的建立

3.1.2 儿童假人模型的建立

3.1.3 儿童安全带模型的建立

3.1.4 定义接触

3.2 具有环形腰带的四点式儿童安全带的正面碰撞台车试验

3.2.1 试验方法

3.2.2 试验装置准备

3.2.3 试验结果

3.3 具有环形腰带的四点式儿童安全带仿真模型的验证

3.3.1 碰撞动画对比

3.3.2 损伤曲线对比

3.4 本章小结

第4章 具有环形腰带的四点式儿童安全带优化研究

4.1 具有环形腰带的四点式儿童安全带结构参数优化

4.1.1 优化流程

4.1.2 确定设计空间

4.1.3 实验设计及样本点采集

4.1.4 构造代理模型及优化

4.2 安全带优化前后不同年龄段儿童正面碰撞损伤对比

4.2.1 碰撞仿真模型

4.2.2 加速度场

4.2.3 损伤结果对比

4.3 本章小结

总结和展望

参考文献

致谢

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