自动紧急转向导致斜角碰撞的乘员损伤研究

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新兴的主动安全技术和传统的被动安全技术分别对于碰撞前事故预防和碰撞中乘员损伤防护具有重要的价值和意义。近年来,结合二者进行乘员损伤防护的一体化研究吸引了国内外汽车厂家和研究学者的注意,并迅速成为一大研究热点。其中,采用自动紧急转向进行主动避撞时,乘员在转向过程中会出现明显的横向离位现象,而目前对于转向中离位乘员保护的研究还较缺乏。因此,研究乘员在自动紧急转向导致碰撞事故中的损伤风险对主被动安全一体化下的乘员损伤防护具有重要指导意义。基于以上背景,本文选择2010款丰田Yaris作为目标车型,以自动紧急转向导致的车-车斜角碰撞为研究对象,对乘员在转向和碰撞全过程的动态响应进行一体化仿真,研究其损伤风险,根据乘员的动态响应和损伤风险配备主动预紧式安全带,并对其预紧参数进行优化。首先,选用美国国家碰撞分析中心搭建的丰田Yaris整车碰撞有限元模型,并建立相应的乘员约束系统模型,利用试验结果对仿真结果进行验证,保证模型仿真精度。其次,确定车辆在保证操纵稳定性前提下的纵向最小避让距离和最优变道轨迹,并计算转向阶段人车的运动响应。选择转向过程中发生碰撞事故可能性和乘员潜在损伤风险均较高的时刻作为碰撞初始时刻,并构建由自动紧急转向引起的不同碰撞重叠率的车-车斜角碰撞场景。整合车辆在转向阶段和碰撞阶段的运动响应,对乘员在转向-碰撞全过程中的动态响应和损伤风险进行一体化仿真分析。最后,根据一体化仿真分析结果,对基础模型配备主动预紧式安全带,并选择配备主动预紧式安全带后,乘员损伤风险最高的碰撞重叠率工况作为优化对象,利用多目标遗传算法对主动预紧参数进行优化。研究结果表明:乘员在自动紧急转向阶段产生了明显的横向离位,在各碰撞工况中造成了肩带过早脱落的现象,使得乘员头部与转向盘之间发生了严重的硬接触,导致头部、胸部的损伤风险过大。主动预紧式安全带的配备避免了肩带脱落现象的发生,使得乘员损伤风险大幅降低,并回到期望水平。当碰撞重叠率为50%时,乘员头部与转向盘之间仍发生了轻微的硬接触,导致其在三个碰撞工况中对乘员造成的损伤最严重。针对50%重叠率碰撞工况,对主动预紧参数进行优化,优化结果表明,主动预紧力较早的触发时刻和较大的作用强度更有利于抑制乘员的离位程度,降低损伤风险。优化后,头部与转向盘之间不再发生硬接触,各部位损伤风险也有明显改善。此外,最优主动预紧参数组在另外两个重叠率的碰撞工况中也有良好的损伤防护效果。
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