校车主动式安全气囊包形设计与防护效率研究

摘要

近年来，随着校车事故的频繁发生，校车对儿童乘员的安全保护性能愈发受到人们的重视。作为校车乘员的重要安全保护装置之一，校车乘员约束系统逐渐成为校车安全研究的重要领域。根据现行国家标准GB24407-2012《专用校车安全技术条件》，校车座椅需配备两点式安全带。但当校车发生正面碰撞时，乘员上半身由于缺乏有效约束，导致碰撞过程中乘员向前倾倒，头部与前排座椅靠背发生二次碰撞，造成乘员头部和颈部的严重伤害。可见，两点式安全带并不能对校车乘员起到有效保护。同时，由于校车儿童乘员经常处于离位状态，安全带佩戴率和正确使用率都十分低。为提高校车乘员约束系统对儿童乘员的保护效果和主动性，本文将安全气囊引入到现有校车乘员约束系统中，提出一种新型常开式的主动式校车安全气囊，并基于CAD设计与CAE分析，以降低12岁校车儿童乘员伤害为目标，进行了该气囊的包形设计与防护效率研究。
　　本文的主要研究内容有如下几个方面:
　　1.在研究分析了国内外文献资料的基础上，介绍我国校车安全的现状，阐述国内外校车乘员约束系统以及安全气囊的发展和研究概况。针对现有校车乘员约束系统的不足，提出一种新型主动式校车安全气囊的整体设计方案，用以提高校车约束系统对儿童乘员的保护效果。
　　2.对比分析各国校车相关安全技术法规以及其中5百分位女性假人的伤害评价指标。根据校车乘员约束系统对乘员伤害的影响，提出包含颈部伤害评价的校车乘员完全伤害评价指标WICs。
　　3.运用多刚体动力学软件MADYMO建立包括前后排座椅、地板、HybridⅢ型5百分位女性假人（代表12岁儿童）、安全带在内的校车乘员约束系统正面碰撞仿真模型，并将仿真结果与台车碰撞试验结果进行对标，验证模型的有效性。
　　4.在已验证的模型基础上，建立校车主动式安全气囊模型。通过MADYMO正面碰撞仿真分析，比较不同包形方案下HybridⅢ型5百分位女性假人伤害指标，建立包形与乘员伤害之间的关系，确定气囊包形设计原则，选择较好包形设计方案。
　　5.采用较好包形设计方案，进一步进行参数优化，小范围改变气囊与乘员头、颈、胸部的距离，细致分析气囊形状对乘员伤害的影响。以完全伤害评价WICs为目标，采用正交试验法，得到包形最优和次优参数组合，并综合考虑安全带佩戴与不佩戴两种工况，得出最终气囊包形参数设计方案。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 校车主动式安全气囊的研究背景

1．2 国内外对校车乘员安全及安全气囊的研究现状

1．3 本课题研究目的及意义

1．4 本课题研究内容

第二章 校车安全法规及乘员伤害评价指标

2．1 校车安全标准与法规

2．1．1 美国校车及乘员安全法规

2．1．2 欧洲校车及乘员安全法规

2．1．3 我国校车安全标准

2．2 乘员伤害评价准则

2．3 本章小结

第三章 正面碰撞校车乘员约束系统仿真模型的建立及试验验证

3．1 计算机仿真技术在乘员约束系统研究中的应用

3．2 校车儿童乘员约束系统模型的建立

3．3．1 车体模型

3．3．2 假人模型

3．3．3 安全带模型

3．3．4 接触定义

3．3．5 加速度曲线

3．3 仿真模拟计算结果

3．4 台车碰撞试验

3．4．1 试验设备及安装情况

3．4．2 台车加速度加载

3．4．3 数据采集

3．5 仿真模型对标验证

3．6 本章小结

第四章 校车主动式安全气囊包形设计

4．1 安全气囊正向开发过程

4．2 主动式安全气囊几何及有限元模型设计

4．2．1 气囊几何模型的建立

4．2．2 气囊有限元模型的建立

4．3 MADYMO气囊仿真模型的建立

4．3．1 基本参数

4．3．2 气囊充气设置

4．3．3 气囊作用时间参数

4．3．4 接触设置

4．3．5 模型输出设置

4．4 主动式安全气囊包形的保护效果比较分析

4．4．1 气囊头顶高度对乘员伤害的影响

4．4．2 头部气囊保护范围对乘员伤害的影响

4．4．3 胸腹部气囊对乘员伤害的影响

4．4．4 气囊接触面形状对乘员伤害的影响

4．4．5 腿部气囊保护效果分析

4．4 本章小结

第五章 校车主动式安全气囊包形优化设计

5．1 优化设计参数选取

5．2 参数灵敏度分析

5．3 正交试验优化设计

5．3．1 因素水平的选取

5．3．2 正交试验结果

5．3．3 极差分析

5．3．4 不佩戴安全带时气囊的保护效果

5．3．5 优化结果

5．4 本章小结

第六章 全文总结和展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文