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行人防护技术,是针对道路上没有安全保障的行人而出现的。行人与汽车碰撞,行人具有高度损伤风险。近年来,世界各国开始关注行人安全,随着人体损伤生物学,计算机仿真等技术的进步,极大促进了行人安全防护的发展。在碰撞中,行人头部和下肢是碰撞中最容易受伤的部位,针对腿部和头部的防护,也是现在研究的主流。腿部防护研究中,由日本开发研究的柔性腿是最新的下肢试验碰撞模型,用于模块试验中腿部碰撞。腿部模块的发展也是各国之间寻求国际合作,共同推动行人安全问题的结果。 本文基于新型柔性小腿,研究优化汽车结构,改善吸能效果,从而降低碰撞中柔性小腿受到的伤害峰值,同时也找出影响柔性腿碰撞结果的汽车关键性结构。 首先,研究人体下肢损伤生物力学,和柔性腿的发展过程。并通过柔性腿仿真模型和真实模型,研究柔性腿的物理结构,骨骼组成,膝盖构成;研究其模型中传感器安装位置,以及工作方式。将柔性腿对比行人下肢以及下肢损伤机理,发现柔性腿具有生物逼真度高,试验重复性好等优点,但同时也有些缺点需要完善。 在研究柔性腿的基础上,通过仿真软件Hypermesh建立轿车和SUV车型有限元仿真模型,研究发现,SUV车型和轿车车型与行人下肢碰撞时,由于车型离地高度不同,前端结构不同,会造成腿部碰撞形态的差异,从导致相差较大的碰撞结果。 因此需要分别研究轿车和SUV车型,修改汽车前端结构参数,如修改前保险杠吸能结构、副保险杠、在SUV车型添加上支撑等方法,与柔性腿进行仿真模型碰撞实验。借助LS-DYNA仿真分析软件,研究仿真碰撞结果。分析比较修改相关结构参数的计算结果,确定有利于降低柔性腿碰撞伤害峰值的优化方式,并找出影响柔性腿碰撞的关键性汽车结构。 优化结果表明:柔性腿与轿车车型碰撞,若汽车前保险杠安装泡沫吸能结构,泡沫低刚度且薄更有利于降低碰撞伤害峰值;若安装薄壁吸能结构,会有远比泡沫结构更好的优化结果,尤其是在膝盖韧带部位的仿真结果,但是薄壁吸能结构需要足够的吸能空间。在柔性腿碰撞中轿车车型安装副保险非常重要,其起到辅助吸能,改变腿部运动形态的作用。 由于通过性要求,SUV车型车型离地高度大。SUV与柔性腿碰撞仿真结果高于轿车仿真结果,因此该车型优化难度更高。薄壁吸能结构刚度较低有利于碰撞结果,但影响不大。上支撑结构对SUV车型重要性和轿车中副保险杠重要性等同,是关键性结构。而保险杠离地高度越低越好,副保险杠添加对碰撞结果有比较小的影响。