紧急制动工况下主动安全带对乘员安全的影响研究

摘要

出现危急情况时，紧急制动是目前技术条件下最有效的避撞方式。然而，在紧急制动不能避免碰撞的情况下，制动加速度造成的乘员坐姿变化会影响约束系统的作用效率，造成乘员损伤风险相对增加。针对乘员碰前坐姿的管理，主动安全带装置得以提出。基于此背景，本文分别建立了传统约束系统模型和配备了主动安全带的约束系统模型。对乘员在制动阶段和碰撞阶段全过程的动态响应进行一体化仿真，研究紧急制动工况下主动安全带对乘员碰前姿态和碰撞中损伤风险的影响，并对约束系统参数进行多目标优化。研究结果对主动安全带技术的发展和可逆约束系统的设计具有重要参考价值。本文主要工作和研究内容归纳如下：　　首先，建立基于有限元人体模型(Total Human Model for Safety,THUMS)、主动人体模型（Active Human Model,AHM）和Hybrid III假人模型的驾驶员侧约束系统模型，并利用碰撞试验数据对约束系统模型的仿真精度进行验证。　　其次，以紧急制动实车试验数据为边界条件，引入主动安全带，建立集成式约束系统。对比分析了三种乘员模型在制动阶段的动态响应和有/无主动安全带对乘员离位的约束效果。　　然后，搭建碰前制动过程和碰撞过程的一体化仿真模型，对主动安全带关键参数进行单因素分析，研究其对乘员损伤的影响趋势。随后建立了12个仿真工况，分析低速、中速和高速正面碰撞下，有/无紧急制动、有/无主动安全带和碰撞前乘员坐姿状态对乘员安全影响。　　最后，建立多目标优化软件modeFRONTIER与多体动力学软件MADYMO的耦合优化平台，对集成式约束系统参数进行多目标优化。　　研究结果表明：主动人体模型在制动过程中的运动响应与紧急制动实车试验中志愿者响应较为一致。相同初速度下，紧急制动虽然造成了乘员头胸部前倾位移量，但由于降低了碰撞发生时的速度，使乘员各部分损伤值有所下降。相同碰撞速度下，碰撞前采取紧急制动措施，使乘员胸部加速度和颈部损伤值变大。紧急制动工况下，引入主动安全带，可以有效减小乘员在制动阶段的前向位移，从而降低乘员在碰撞过程中的损伤。通过对集成式约束系统的多目标优化，加权综合损伤指标（Weighted-Injury Criteria,WIC）降低了14.6%。

目录

声明

1 绪论

1.1 课题背景与研究意义

1.2 主动安全带装置的研究现状

1.2.1 主动安全带技术研究成果

1.2.2 国外研究现状

1.2.3 国内研究现状

1.3 本文研究内容

2 驾驶员侧约束系统建模及验证

2.1 三种乘员模型介绍

2.2 有限元约束系统建模

2.2.1 驾驶舱建模

2.2.2 座椅建模

2.2.3 乘员模型

2.2.4 安全带建模

2.2.5 安全气囊建模

2.2.6 模型接触设置

2.3 多刚体约束系统建模

2.3.1带Hybrid Ⅲ多刚体假人的约束系统模型

2.3.2 带主动人体模型的约束系统模型

2.4 碰撞阶段模型验证

2.5 正面碰撞损伤评价标准

2.6 本章小结

3 紧急制动阶段不同乘员模型响应对比

3.1 实车紧急制动试验

3.2 制动阶段建模及验证

3.2.1 主动安全带模型

3.2.2 制动阶段建模

3.2.3 制动阶段模型验证

3.3 紧急制动阶段三种乘员模型对比分析

3.3.1 普通安全带下乘员运动响应对比

3.3.2 主动安全带下乘员运动响应对比

3.3.3 讨论

3.4 本章小结

4 制动和碰撞过程一体化仿真分析

4.1 制动和碰撞过程一体化仿真模型建立

4.2 主动安全带关键参数分析

4.3 不同碰撞速度下乘员损伤分析

4.3.1 初始工况设置

4.3.2 碰撞前乘员坐姿对乘员安全影响

4.3.3 紧急制动对乘员安全影响

4.3.4 主动安全带对乘员安全影响

4.4 本章小结

5 全过程约束系统参数优化匹配分析

5.1 优化平台介绍和优化模型建立

5.2 约束系统优化模型建立

5.2.1 优化变量及变化范围

5.2.2 设定优化目标及综合评价指标

5.2.3 优化模型及优化流程

5.3 约束系统多目标优化

5.3.1 试验设计

5.3.2 构建代理模型

5.3.3 多目标优化算法

5.4 优化结果分析

5.5 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 研究展望

致谢

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果