汽车侧面帘式气囊的研究

摘要

研究表明,侧面碰撞中,乘员头部极易与车体内壁发生“二次碰撞”,乘员欠缺有效的被动保护措施,会导致头部严重损伤而威胁生命。现有研究的乘员约束系统(如气囊,座位安全带)在碰撞事故中能有效地降低头部损伤的危险性以及提高乘员的安全性,但由于汽车侧面帘式气囊与乘员之间的相互作用,安全气囊伤害乘员的问题成为汽车被动安全性研究中的热点问题。为更加准确、有效地揭示乘员头部与侧面帘式气囊装置之间的交互关系,本文以HybridⅢ假人模型和Dodge Neon四门轿车全尺寸有限元模型为研究对象,以侧面帘式气囊的参数对乘员头部损伤的响应开展相关研究,具体研究工作如下:
　　针对现有侧面帘式气囊存在的缺点,以常见的三厢式四门小轿车为载体,对侧面帘式气囊进行概念性设计和研究,提出了两种可充气膨胀展开的新型帘式气囊方案,建立了帘式气囊三维模型。一种为窗帘式气囊,安装在车顶弧形钢梁内贯穿车体前后,对乘员头部提供保护作用;另一种为侧面帘式安全气囊,安装在车顶和车底门槛,对乘员头部、胸部、腹部等多处提供保护作用。
　　为研究触发时间、头部与气囊的间距、表示空气量的粒子数、移动变形壁障MDB(Moving deformable barrier)速度、以及环境温度5个参数对乘员头部损伤的响应情况,以窗帘式气囊模型为原型,利用装配有HybridⅢ假人模型的Dodge Neon四门轿车全尺寸有限元模型与可移动变形壁障MDB开展侧面碰撞仿真,基于Minitab安排了实验设计,利用碰撞求解器LS-DYNA对侧面碰撞模型K文件进行求解,用前后处理器Ls-PrePost对输出结果进行分析,得到了侧面帘式气囊与50百分位HybridⅢ假人模型相互作用后的头部损伤指标HIC36(Head injury criterion)和头部加速度峰值(G)。
　　通过仿真实验的研究,结果表明:
　　试验设计中,触发时间比粒子数和环境温度对头部损伤指标的影响大;气囊中粒子数越多,头部与气囊的间距越大,假人越安全,这些参数都比碰撞速度的影响大,说明帘式气囊能够降低乘员因“二次碰撞”受伤的几率;仿真结果出现的新问题:当帘式气囊参数设置不合理,即使装配侧面帘式气囊,头部损伤指标HIC36也偏高,即乘员头部会受到较大伤害。
　　通过侧面帘式气囊的参数对侧面碰撞后假人头部损伤的响应的分析来预测真实情况中的乘员头部损伤情况,为后续汽车侧面碰撞安全性研究奠定理论基础,有助于缩短侧面帘式气囊的开发周期,为进一步改善侧面帘式气囊的结构设计提供参考依据。

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1 绪论

1.1 研究的背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 汽车侧面碰撞安全性研究

1.4 侧面碰撞法规的研究

1.5 本文研究的目的和主要内容

2 汽车侧面碰撞安全性仿真的基本方法

2.1 引言

2.2 实验设计

2.4 侧面碰撞乘员损伤评价标准

2.5 本章小结

3 基于CAE技术的汽车乘员约束系统研究

3.1 引言

3.2 仿真技术在乘员约束系统研究中的应用

3.3 基于LS-DYNA的汽车碰撞分析

3.4 前后处理器软件LS-Pre/Post

3.5 基于Minitab的实验设计

3.6 本章小结

4 侧面帘式气囊结构正向概念性设计

4.1 引言

4.2 安全气囊简介

4.3 侧面帘式气囊概念性设计探索

4.4 侧面碰撞中侧面帘式气囊模型方案的确定

4.5 本章小结

5 侧面帘式气囊与Hybrid Ⅲ假人头部相互作用的参数研究

5.1 引言

5.2 侧面碰撞方案

5.3 侧面碰撞模型

5.4 侧面碰撞方法

5.5 实验设计方法

5.6 实验设计头部损伤结果分析

5.7 本章小结

6 结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文及科研成果

致谢