侧面帘式安全气囊的仿真优化设计

摘要

侧面帘式安全气囊在汽车碰撞事故中发挥着保护人体头部免受或减轻受伤害的重要作用，然而如何最优地发挥安全气囊的保护功能依然是设计中需要关注的重点和难点。
　　随着汽车工业的发展以及汽车数量的增加，尽管大量学者和研究机构在如何提高汽车安全性上做了大量深入的研究和采取了很多有效的防范措施，然而交通事故仍然在呈上升趋势，交通事故伤亡成为威胁人类自身安全的世界第一大公害。
　　从各国统计分析的数据显示，侧面碰撞在整个交通事故中占有非常高的比重，仅从我国道路交通事故统计年报看侧面碰撞依然是发生频率最高和造成人员伤亡最多的事故形态:2005年我国发生的交通事故中，正面碰撞占26.43％，而侧面碰撞占39.50％，因侧面碰撞造成的人员伤亡占37.36％，同样高于正面碰撞的27.73％，根据美国高速公路安全管理局的统计数据显示，2009年中，美国有超过200万的人在车祸中受伤，以及超过3万人在车祸中丧命。而在这些车祸中，侧面碰撞所占的比例亦高达40％。
　　因此，如何保护乘员在侧面撞击时的安全，越来越受到人们的关注以及成为各车厂的重要研究课题。相关研究同时表明，乘员的头部是人体器官在侧面碰撞中最容易受伤和致命的部位，为了减轻乘员在侧面碰撞中头部所受伤害，侧面帘式安全气囊成为头部保护装置的最佳选项。然而，随着配置侧面帘式安全气囊汽车数量的增加，非常多的由安全气囊参数配置不当而引起的乘员受伤报告开始出现在不同的文献或报告中。显然，正确了解侧面帘式安全气囊与人体头部在汽车碰撞中的相互作用关系和内在机理以及对相应的参数进行优化设计就显得尤为重要和迫切。
　　为了解决这一问题，本研究首先针对现有安全气囊的配置方式较少考虑不同人群的身高、体重等情况，提出了一种新的安全气囊配置方式，此配置方式将安全气囊放置于汽车A柱与B柱之间的横梁上，采用自上而下的安全气囊弹出方式，可有效降低身高等因素的影响。其次研究与假人位置相关的安全气囊和在高速移动可变形障碍物在以撞击速率(45mph)冲撞汽车时不同的安全气囊参数对假人模型头部伤害的影响。通过优化参数和侧面帘式安全气囊的配置以达到减小乘员头部伤害的目的。为此，研究中选用了如下5个最优化安全气囊参数:
　　1.头部安全气囊分离距离;
　　2.考虑不同的司机体形的安全气囊垂直位置;
　　3.当MDB撞击汽车和气囊开始膨胀时的不同触发时间;
　　4.不同的安全气囊内部初始温度;
　　5.光滑粒子流体力学(SPH)为代表的空气量的计算颗粒数量。
　　此外，为减少仿真计算的成本，开发了Taguchi方法的计算程序。利用试验设计法(Design of experiment)建立统计分析的实验矩阵，采用信噪比（S/N）方法研究各个参数对期望值造成的影响和差异，利用方差分析(ANOVA)方法分析各参数对假人头部峰值加速度以及(HIC36)的影响。
　　研究结果表明，所提的侧面帘式安全气囊的配置方式在针对不同人群的身高等方面是有效的，其采用头部加速度作为评判假人受伤的标准上比HIC36更为有效和准确，采用的优化方法也能得出更加安全的侧面帘式安全气囊配置参数。
　　由于各种的条件限制，目前的研究和仿真计算只是利用经美国国家高速公路管理局(NHTSA)验证后的Dodge Neon有限元汽车模型和假人模型(50th percentile dummyⅢ)进行仿真计算，其优化结果和方法尽管能进一步地提高侧面帘式安全气囊的保护功能，但是其实际效果还有待进一步的真实碰撞验证。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 论文研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．3 该领域内存在的问题

1．4 本文研究的主要内容及方法

第二章 侧面帘式安全气囊结构

2．1 安全气囊工作原理

2．2 侧面安全气囊结构形式

2．3 本章小结

第三章 侧面帘式安全气囊的关键参数分析

3．1 LS-DYNA软件

3．2 有限元仿真参数选择

3．3 实验数据分析

3．3．1 概念性S／N比例法

3．3．2 最小化HIC优化参数的估算

3．3．3 最小化头部加速度峰值的估算

3．4 结果和讨论

3．5 本章小结

第四章 侧面帘式安全气囊的参数优化

4．1 有限元仿真建立

4．2 元建模

4．2．1 响应曲面分析法

4．2．2 优化方程和分析结果

4．3 本章小结

结论

致谢

参考文献