儿童测试假人与人体模型动态响应差异性研究

摘要

随着汽车保有量的逐年增加，儿童乘车安全问题日益受到重视。越来越多的家长选择将儿童乘员放置于儿童约束系统中，儿童约束系统的使用明显降低交通事故中儿童乘员的伤亡率。目前，市面上的儿童约束系统种类繁多，不同年龄段的儿童需要选择相应的儿童约束系统。儿童测试假人装置作为儿童乘员的机械替代品，能够在模拟碰撞环境中评价各种儿童约束系统的安全性能。对于传统约束带式及增高垫式儿童约束系统，儿童测试假人能够较为准确的评价其保护性能，然而对于前置护体型儿童安全座椅，当前的儿童测试假人装置并不能准确评价其性能。本文对此展开研究，采用试验与计算机仿真相结合的方法，在正面碰撞及侧面碰撞工况下，对儿童测试假人与人体模型动态响应的差异进行深入研究。
　　本文在深度解读ECE R129法规的基础上，在MADYMO软件中建立前置护体型儿童安全座椅碰撞台车仿真模型，并通过正面碰撞、侧面碰撞台车试验验证所建仿真模型有效性，最终获得稳定有效的碰撞台车仿真模型，在仿真环境下研究Q1.5及Q3儿童测试假人与facet人体模型运动姿态及动力学响应的差异性。
　　研究结果表明，在正面碰撞中，Q系列儿童测试假人胸椎、腰椎刚度较大，在碰撞回弹过程中，Q系列儿童测试假人模型髋部向后上方抬起，假人绕着前置护体上边缘作类似刚体转动，儿童假人模型有抛出儿童安全座椅的趋势；对于facet儿童人体模型，脊柱柔韧性较好，人体模型躯干贴合前置护体，头部与前置护体上表面发生接触，头部X方向位移大于Q1.5儿童测试假人，并没有抛出儿童安全座椅趋势。在侧面碰撞中，Q3儿童测试假人模型与三岁facet人体模型运动姿态差异较大，从头部、胸部、髋部运动轨迹曲线中可以明显看出两者的差异。在损伤参数方面，头部与髋部伤害值较为接近，胸部伤害值相差较大。除此之外，两者双臂摆动亦有较大不同，Q系列儿童测试假人四肢关节刚度较大，与真实人体相比，在运动过程中四肢显得较为“僵硬”。
　　通过研究可以得出，在前置护体型儿童安全座椅中，碰撞过程中儿童测试假人与人体模型动态响应的差异主要是儿童测试假人胸椎、腰椎刚度较大造成的。对于前置护体型儿童安全座椅，当前儿童测试假人装置并不能准确评价其安全性能，特别是判断儿童乘员是否抛出儿童安全座椅时，Q系列儿童测试假人并不能准确评估。因此，对于当前儿童测试假人装置，需要进一步提高假人胸椎、腰椎的生物仿真度，使其能够准确评价各种类型儿童约束系统。

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第一章 绪论

1.1 选题背景

1.2 儿童测试假人研究现状

1.3 本课题研究意义

1.4本课题研究内容及研究方法

1.5 本章小结

第二章 儿童假人概述

2.1 儿童损伤生物力学

2.2 儿童假人概念及分类

2.3 本章小结

第三章 汽车儿童安全保护法规及损伤评价准则

3.1 汽车儿童安全保护法规简介

3.2 ECE R44与ECE R129对比分析

3.3 乘员损伤评价准则

3.4 本章小结

第四章 正面、侧面碰撞台车仿真模型的建立

4.1 儿童安全座椅仿真模型建立

4.2 碰撞台车座椅仿真模型建立

4.3 正面碰撞仿真模型的建立

4.4 侧面碰撞仿真模型的建立

4.5 仿真模型中接触的建立

4.6 本章小结

第五章 碰撞仿真模型有效性验证

5.1 碰撞仿真环境设定

5.2 正面碰撞仿真模型有效性验证

5.3 侧面碰撞仿真模型有效性验证

5.4 误差分析

5.5 本章小结

第六章 儿童测试假人与人体模型动态响应差异性研究

6.1 正面碰撞下儿童测试假人模型与人体模型动态响应的差异性

6.2 侧面碰撞下儿童测试假人模型与人体模型动态响应的差异性

6.3 差异性研究分析

6.4 儿童测试假人改进建议

6.5 本章小结

第七章 全文总结与展望

7.1 总结

7.2 创新点

7.3 研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文