基于汽车尾部碰撞过程驾驶员安全性研究

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近二十年来,随着私家车成了大量家庭的必备品,我国汽车总量出现了爆炸式的增长,道路交通事故越来越多,因此导致了大量的人员伤亡和社会损失。汽车的安全性能受到越来越多的关注,其中包括追尾碰撞时驾驶员的颈部损伤。因此,许多国家都将追尾碰撞过程中驾驶员颈部损伤的挥鞭伤试验方法和评价标准纳入其新车型安全评价规范中。欧洲和日本分别在2008年和2009年先后将鞭打试验写进他们的新车型安全评价规程中。2012年我国也把鞭打试验的方法和评价标准写进新车型安全评价规程,并在2015年和2018年对评价规程中的鞭打试验要求进行一定的调整,评价标准更为严苛,这给新车型的座椅设计开发带来了新的挑战。在追尾碰撞过程中,汽车座椅是驾驶员的重要支撑,是减轻驾驶员颈部伤害的重要部件,因此座椅设计与颈部损伤息息相关。本文在查阅了人体颈部结构以及追尾碰撞过程颈部损伤研究的基础上,开展了根据C-NCAP2018版中的鞭打试验方法和评价指标的座椅参数研究。利用Hyper Mesh工程分析软件搭建了某车型座椅的鞭打仿真模型,含座椅结构、假人模型等部分。之后,将仿真模型提交给Radioss求解器计算并得出结果,然后进行挥鞭伤实际试验,并对仿真试验结果和实际试验在座椅静态尺寸测量、特殊时刻假人姿态、各评价指标(上下颈部拉力、剪切力、扭矩以及NIC指标)曲线、挥鞭伤试验得分四个方面进行对标,确认仿真模型准确有效。并在此模型基础上展开关于头枕合棉硬度、头枕骨架刚度、靠背合棉硬度、靠背骨架刚度、调角器刚度以及不同碰撞速度对假人颈部损伤影响的研究。最后利用正交表设计仿真试验方案和运用综合平衡分析法对得到的数据进行处理,并得出参数的最佳组合。研究结果表明:建立的有限元模型与实际试验吻合度较好,模型基本准确有效;减少假人头部和胸部的相对运动是减轻假人颈部鞭打伤害的有效方法;降低座椅靠背合棉硬度,可减轻驾驶员颈部损伤;调角器性能的选择在合理范围内即可,是否进行改进或提升,可在成本与贡献值之间进行平衡。本文的研究内容、积累的经验以及得到的结果,对将来新车型座椅的设计开发具有一定的参考价值。
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