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原文传递基于能量管理及料厚匹配的SUV正面碰撞波形优化

论文题名：	基于能量管理及料厚匹配的SUV正面碰撞波形优化
关键词：	运动型多用途汽车;正面碰撞;速度波形;能量管理;料厚匹配;乘员伤害指标
摘要：	现实交通事故状况繁多，其中正面碰撞事故最为多发，且造成死亡人数居首。车辆碰撞安全设计的核心目的是保护乘员安全，正面碰撞发生时，车辆运动受阻并发生溃缩，正面碰撞减速度波形不仅能够表征车辆正面碰撞响应，反映车辆的正面抗撞性能，而且与乘员伤害联系密切，合理的正面碰撞减速度波形能够有效降低乘员伤害。因此对正面碰撞波形进行优化不仅具有重要意义，且也是碰撞安全研究的热点。　　本文以某企业SUV为研究对象，研究了其正面碰撞减速度波形与乘员伤害指标间的关系，制定出了正面碰撞减速度目标波形，并以此波形为目标，结合能量管理及料厚匹配法对正面碰撞减速度波形进行了优化设计，有效降低了乘员伤害，主要研究工作及成果如下：　　（1）建立了整车有限元模型并进行仿真，通过变形及能量分析验证了模型的可靠性，为后续优化提供了基础模型。根据车型总布置特点选择了双台阶波形作为正面碰撞减速度波形的简化形式。将详细波形及简化波形代入乘员约束系统进行仿真对比分析，结果表明简化波形较为有效，能够替代详细波形进行后续分析。运用DOE试验设计法进行波形特征参数灵敏度分析，结果表明波形特征参数h1、h2对乘员伤害影响较大。根据灵敏度分析结果及约束系统匹配难易程度制定出正面碰撞减速度目标波形，为吸能区结构优化提供参考。　　（2）将正面碰撞减速度目标波形转化为能量目标，并根据车辆结构变形特性选择了前防撞梁及纵梁第一分段为待优化结构分段。针对纵梁第一分段提出了结构改进方案并进行仿真计算，通过结果对比分析选出了最优方案。采用GA遗传算法，以诱导槽形状为设计变量，吸能量为目标进行了纵梁诱导槽形状优化，优化得到的纵梁第一分段吸能量与目标值更为接近。针对前防撞梁提出了结构改进方案，并通过仿真对比分析选出了最优方案。　　（3）提出了料厚匹配的正面碰撞减速度波形优化方案。首先针对转向管柱、制动踏板及加速度踏板侵入量过大问题，提出了结构改进方案并通过仿真对比分析选出了最优方案，为料厚匹配优化降低了难度。对整车模型进行了半车简化，以钣金厚度为优化设计变量，采用试验设计方法筛选出了对碰撞安全性能响应灵敏度较高的变量，分别对减速度波形逼近系数、整车质量、各关键零部件侵入量建立了响应面模型，并使用相关系数R2验证了响应面具有较高的精度。基于响应面模型，以减速度波形逼近系数和整车质量最小化为目标，关键零部件侵入量为约束，采用MOPS多目标微粒子群算法进行多目标优化，得到优化问题的Pareto非劣解集及算法推荐解，通过对比分析最终选择算法推荐解为优先解。优化后减速度波形与目标波形更为接近，减速度波形逼近系数降低了68.1％，整车质量下降了0.5%，部分零部件侵入量有所增加，但都处于约束范围以内。乘员伤害指数头部HIC36、胸部T3ms、胸部压缩量及WIC值分别下降11.54%、10.87%、3.92%及10.74%，料厚匹配不仅改善了减速度波形，降低了乘员伤害，且实现了轻量化的时代要求，优化效果显著。
作者：	张云清
专业：	机械工程
导师：	刘会霞
授予学位：	硕士
授予学位单位：	江苏大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文