基于正面小重叠碰撞测试下乘员保护的车辆优化设计

摘要

随着汽车产业的飞速发展，全球汽车保有量也与日俱增。2016年中国汽车保有量高达1.94亿辆，巨大的汽车保有量带来了一系列的交通安全问题，其中最主要表现形态为车辆碰撞事故。在车辆碰撞事故中发生率最高的是车辆的正面碰撞事故，正面碰撞事故中发生率和乘员致死率最高的是正面小重叠碰撞事故，如何提高车辆应对正面小重叠碰撞事故的碰撞安全性能已经成为国外汽车领域研究的重点和热点问题。
　　本论文研究车辆在正面小重叠碰撞事故中的碰撞安全性能，根据美国高速公路安全保险协会(Insurance Institute for Highway Safety，以下简称IIHS)发布的针对正面小重叠碰撞事故的新车评价规程-车辆正面25％重叠刚性壁障碰撞测试来对丰田Yaris2010车型进行计算机仿真测试，采用碰撞过程中的车辆乘员舱结构耐撞性和驾驶员损伤作为车辆在正面25%重叠刚性壁障碰撞测试中的碰撞安全性能的评价指标，选择IIHS发布的车辆正面25%重叠刚性壁障碰撞评估指标中的车体结构评价方法作为本论文的车体结构耐撞性的评价方法，采用乘员综合损伤WIC值作为本论文的乘员损伤值的评价方法。
　　本论文根据IIHS的车辆正面25%重叠刚性壁障碰撞测试工况采用有限元软件HyperMesh建立好Yaris2010车型的有限元整车碰撞模型，运用LS-DYNA对该有限元整车碰撞模型进行仿真试验，输出该车辆在正面25%重叠刚性壁障碰撞测试下的仿真动画文件和计算结果文件，利用HyperView软件测量碰撞后乘员舱的侵入量；并在多刚体动力学软件MADYMO中建立了驾驶员-约束系统-乘员舱模型，输出驾驶员在正面25%重叠刚性壁障碰撞测试下的驾驶员伤害响应，对该工况下的车辆车体结构和乘员损伤进行评估，评估得到该车辆在正面25%重叠刚性壁障碰撞测试下车辆乘员舱的结构耐撞性不佳，驾驶员综合损伤严重。
　　针对该车辆在正面25%重叠刚性壁障碰撞测试中碰撞安全性能过低的状况，本论文从提高车辆乘员舱结构耐撞性和增强对驾驶员保护能力的角度出发，对车辆前舱的吸能部件进行优化设计以及对构成乘员舱的关键部件的材料进行了优化改善，优化后车辆在同工况下的测试结果显示，该车辆在正面25%重叠碰撞测试中的结构耐撞性评估等级由及格提高到优秀，并且乘员的综合损伤值WIC有所下降，说明优化后的车辆的在正面25%重叠碰撞测试中的碰撞安全性能得到大幅提高，证明了本论文优化设计方法的有效性和可行性，可以作为提高车辆应对正面小重叠碰撞事故的碰撞安全性能的有效方法和途径。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 车辆正面小重叠碰撞事故的研究背景与意义

1.2 车辆碰撞安全性能研究方法概述

1.3 论文研究目标和研究内容

1.4 本章小结

第2章 计算机仿真分析方法介绍

2.1 计算机仿真分析理论介绍

2.2 计算机分析软件介绍

2.3 计算机仿真分析的基本流程

2.4 本章小结

第3章 IIHS正面25%重叠碰撞新车评价规程介绍

3.1 各国新车评价规程对比

3.2 IIHS正面25%重叠碰撞测试规程

3.3 IIHS正面25%重叠碰撞评价规程

3.4 IIHS正面25%重叠测试与正面40%重叠碰撞测试对比

3.5 论文采用的车辆安全性能评价规则

3.6 本章小结

第4章 IIHS正面25%重叠碰撞测试有限元模型的建立

4.1 Yaris2010车型有限元模型介绍

4.2 F150刚性壁障有限元模型介绍

4.3 正面25%重叠碰撞有限元模型建立

4.4 乘员-约束系统-乘员舱MADYMO模型建立

4.5 本章小结

第5章 IIHS正面25%重叠碰撞有限元仿真分析

5.1 正面25%重叠碰撞有限元试验可靠性分析

5.2 正面25%重叠碰撞测试车体变形特点

5.3 正面25%重叠碰撞测试下车身加速度特点

5.4 正面25%重叠碰撞测试过程中力的传递途径

5.5 正面25%重叠碰撞过程中能量传递方式

5.6 车体结构评估结果

5.7 乘员损伤分析

5.8 本章小结

第6章 基于乘员保护的车辆优化及优化后评估结果

6.1 基于乘员保护的车辆结构优化原理

6.2 优化后的车辆安全性能评估

6.3 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

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