基于可靠性优化的乘员约束系统性能改进

摘要

随着汽车保有量的增长,交通事故频繁发生,汽车安全性备受关注。据统计,正面碰撞事故约占事故总数的50％,致伤率和致死率都较高。因此,汽车正面碰撞安全性的研究成为汽车被动安全性研究的一项重要内容,而良好的正面碰撞约束系统设计则是减少正碰中乘员损伤的有力手段。从我国开始发布并执行《汽车正面碰撞的乘员保护》标准,到中国的新车评价规程(C-NCAP)的推出,这些都为汽车生产厂家提出了安全要求以及评价指标。汽车碰撞安全性是现代汽车工业研究的最关键内容之一。在汽车碰撞安全性的研究中,碰撞仿真技术被广泛采用。仿真技术可用来分析、优化汽车的碰撞性能。随着数值碰撞仿真技术的不断发展,寻求更加适用于汽车碰撞安全性仿真优化设计的方法具有十分重要的工程意义和学术价值。
　　 本文首先详细介绍了乘员约束系统的组成部分和发展方向；其次对各国正面碰撞法规进行了对比分析,介绍了正面碰撞中乘员的损伤指标；最后采用计算机仿真方法建立了某款微型客车驾驶员侧的多刚体约束系统模型,通过对模型进行部件验证、子系统验证和整体验证,得到了可用于优化的约束系统模型。针对该车型在正面碰撞时驾驶员侧的某些指标不能满足国家法规的情况,结合仿真分析、响应面方法、蒙特卡罗和可靠性优化方法,并考虑了设计变量波动的影响对该约束系统进行了基于可靠性的优化设计。论文研究表明:在汽车碰撞安全性的仿真优化设计中,本文提出的结合响应面模型和可靠性优化设计的方法是十分有效的。依据该方法,选择合适的近似模型和优化算法,能够快速、准确地对乘员约束系统进行优化。该方法得到的优化解通过了实际的整车试验验证,得到了较好的结果。该方法具有一般性,同样可以应用到配备安全气囊的约束系统模型。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 汽车安全问题

1.2 汽车被动安全性研究的意义

1.3 汽车被动安全性研究的国内外现状

1.3.1 车身结构抗撞性研究

1.3.2 碰撞生物力学的研究

1.3.3 乘员约束系统

1.4 汽车乘员约束系统的研究方法

第二章 乘员约束系统的评价准则和评价方法

2.1 概述

2.2 正面碰撞与乘员伤害

2.2.1 与安全带有关的伤害

2.2.2 与安全气囊有关的伤害

2.2.3 与座椅有关的伤害

2.3 汽车乘员约束系统的评价准则

2.3.1 乘员的伤害准则

2.3.2 完全伤害评价

2.4 正面碰撞技术法规

2.4.1 国外的正面碰撞实验法规

2.4.2 我国的正面碰撞实验法规

2.5 C-NCAP(中国新车评价规程)

第三章 乘员约束系统仿真模型的建立

3.1 MADYMO软件介绍

3.2 乘员约束系统仿真模型的建立

3.2.1 车体模型

3.2.2 假人模型

3.2.3 安全带模型

3.2.4 安全气囊模型

3.2.5 模型的边界条件

3.2.6 接触定义

3.2.7 模型的输出

3.3 乘员约束系统仿真模型的验证

3.3.1 模型的验证

3.4 实际工程问题算例

3.5 分析影响模型有效性的因素

3.6 模型校正中的一些问题

3.7 本章小结

第四章 正面碰撞乘员约束系统的优化研究

4.1 基于可靠性的优化设计方法

4.1.1 可靠性分析

4.1.2 基于可靠性优化的数学模型

4.2 响应表面法

4.2.1 响应面的构造

4.2.2 均匀拉丁方实验设计

4.3 乘员约束系统的优化

4.4 本章小结

结论

参考文献

致谢