校车儿童乘员主动式安全气囊研究

摘要

目前我国校车主要服务于小学和初中阶段学生，中小学生年龄段为6-15岁。据国家统计局2015年度发布的信息可统计2015年全国中小学生数约有1.69亿，经简单估算，2015年6-15岁学龄人口的校车潜在需求量约53.2万辆，我国校车产业有很大的发展前景。随着校车的推广，校车事故频发导致的儿童乘员伤亡引起国民对校车安全的重视。我国校车正处于起步阶段，现行国家标准规定校车座椅配备两点式安全带。在校车发生正面碰撞时，校车乘员约束系统对儿童乘员的保护效果不佳，乘员约束系统有待完善。
　　针对某款小学校车乘员约束系统的不足，本文引入一种常开式的校车主动式安全气囊，小学生年龄段为6-12岁，研究气囊对6岁，8岁，12岁儿童乘员损伤的影响，及该主动式安全气囊实现不同年龄儿童乘员保护时的最佳参数设置。本文的主要研究内容有以下几个方面：
　　1．在阅读大量国内外相关资料的基础上，总结和归纳校车安全国内外的发展和现状，介绍安全气囊的发展现状和作用。介绍碰撞试验的发展和现状。
　　2．介绍了儿童乘员安全保护的的现状和发展趋势，介绍了校车儿童乘员损伤的评价准则，阐述了国内外校车正面碰撞相关标准法规。
　　3．介绍了校车正面碰撞台车试验。在 MADYMO中建立 Hybrid III型第五百分位女性假人和P型6岁假人的校车正面碰撞乘员约束系统（包括前后排座椅、地板、两点式安全带和假人）。通过仿真与试验结果的对比，验证了模型的有效性。
　　4．介绍校车主动式安全气囊工作原理。在 MADYMO中建立校车主动式安全气囊模型，分别针对6岁，8岁，12岁假人进行仿真研究，分析气囊对假人的保护效果。选取主动式安全气囊的上部、中部、下部拉带长度、排气孔面积、气体质量流率、气囊安装位置等安全气囊参数对不同年龄儿童乘员损伤的影响进行单因素分析。
　　5．为实现校车主动式安全气囊对6岁，8岁，12岁儿童乘员的最佳保护效果，通过完全伤害评价指标 WICS(weighted injury criterion)变化率的分析和灵敏度筛选两种方法得到影响WICS最显著的四个参数进行正交优化试验设计。按正交表在MADYMO中进行模拟，获得不同年龄儿童对应的安全气囊最优参数组合，对比分析两种方法的优化结果。利用3个年龄儿童 WICS的均值作为优化目标，选取中部拉带长度、排气孔面积、气体质量流率、气囊安装位置四个参数作为变量进行正交优化设计，得到可以综合保护6岁，8岁和12岁儿童的一组最佳气囊参数组合。分析不同约束情况对不同年龄儿童的保护效果。结果表明相较于只有两点式安全带保护时，有主动式安全气囊和安全带的约束系统能有效降低各年龄儿童损伤值，6岁，8岁和12岁儿童的WICs分别降低了20.5％，62.8%和60.0%，儿童乘员各部位损伤指标均低于标准。综合保护各年龄乘员的安全气囊在儿童未佩戴两点式安全带时保护效果明显，6岁，8岁和12岁儿童的WICs分别降低了9.3%，66.7%和48.4%，儿童乘员各部位损伤指标也均低于标准。

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第一章 绪论

1.1校车儿童乘员安全的研究背景

1.2校车安全国内外的发展和现状

1.3国内外安全气囊的发展和现状

1.4国内外碰撞试验的发展和现状

1.5本课题的研究意义和目的

1.6本课题的主要研究内容

第二章儿童乘员的保护和评价

2.1安全气囊对儿童乘员损伤防护研究的内容和方法

2.2校车乘员伤害评价

2.3各国校车乘员安全法规标准

2.4本章小结

第三章校车正面碰撞乘员约束系统模型的建立与验证

3.1台车试验

3.2校车儿童乘员约束系统模型的建立

3.3校车仿真模型的验证

3.4本章小结

第四章主动式安全气囊对乘员损伤的防护分析

4.1校车主动式安全气囊

4.2主动式安全气囊模型的建立

4.3不同年龄假人模型

4.4校车主动式安全气囊乘员约束系统模型

4.5主动式安全气囊参数对不同年龄儿童假人损伤的影响

4.6本章小结

第五章校车主动式安全气囊的参数优化

5.1保护6岁儿童的主动式安全气囊参数优化

5.3保护12岁儿童的主动式安全气囊参数优化

5.4各年龄儿童两种气囊优化方法的结果分析

5.5保护6岁，8岁和12岁儿童的安全气囊参数优化

5.6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