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原文传递车辆翻滚姿态预测及乘员约束系统开发的研究

论文题名：	车辆翻滚姿态预测及乘员约束系统开发的研究
关键词：	翻滚碰撞;姿态预测;乘员约束系统;安全气帘;展开位置
摘要：	根据美国高速公路管理局(NHTSA)网站的数据显示：2012年翻滚事故的发生率仅仅只有2.1%，但是翻滚事故引起的死亡率却高达35%；仅在2010年就有超过有7600人在翻滚事故中失去了宝贵的生命，其中有69%的人没有佩戴安全带。最近几年来，国内兴起了一股SUV浪潮，高重心的SUV的增多必然引起翻滚事故的增多。在国内，翻滚事故的重要性还没有引起足够的重视，目前国内对翻滚仅做了一些尝试性的研究，而且C-NCAP尚未制定强制性的法规和伤害标准。因此进行翻滚以及约束系统的研究对我国安全法规的完善具有重要意义。　　翻滚碰撞之所以能够带来如此高的死亡率，一是因为车顶变形引起的生存空间减小，二是因为乘员甩出座椅导致的乘员和车体或地面碰撞。生存空间减小是因为翻滚碰撞过程中车顶和地面碰撞引起的车顶入侵。乘员甩出是因为缺乏针对翻滚的有效约束系统。本文对此进行研究，采用计算机仿真和试验验证相结合的方法，对车辆翻滚姿态和乘员约束系统进行研究。　　本文在详细介绍了基于翻滚的美国FMVSS208和FMVSS216法案的基础上，利用有限元和多刚体相结合的方法，通过MADYMO软件建立车顶静态压溃模型和斜台翻滚模型。通过实车翻滚试验的视频和仿真结果动画进行对标，验证所建仿真模型的有效性。　　在车顶静态压溃仿真模型中，拟合出车顶支持力车顶侵入量关系曲线，得出结论：不同压溃速度下，同样的侵入量的车顶提供的支持力不同；研究车辆翻滚姿态必须要考虑车顶变形对车顶支持力的影响。在斜台翻滚仿真模型中，导入Hybrid III50th男性假人模拟乘员动态响应。对车体的运动姿态和假人的运动状态进行分析，得出假人在发生翻滚碰撞时的运动状态以及假人和车体发生碰撞的位置；对假人进行动力学响应分析，查看假人头部、颈部、胸部和盆骨等主要部位的伤害曲线分析假人的损伤机理，得出结论：假人头部、颈部和胸部受到了严重伤害，特别是盆骨合成加速度峰值更是达到689.98g，且存在巨大的抛出风险，因此翻滚碰撞下乘员约束系统的开发是十分必要的。　　在斜台翻滚模型中给假人佩戴安全带，参考FMVSS208法案中的伤害标准对假人的运动学和动力学响应进行分析，佩戴安全带后仿真结果表明，假人胸部加速度峰值减小到13.12g，胸部压缩量峰值减小到23.51mm，盆骨加速度峰值更是减小到6.55g，颈部受力峰值减小到1830.74N，然而假人头部加速度峰值上升到133.98g。得出结论：经过三点式安全带的约束，假人胸部、盆骨和颈部都得到了有效保护；由于三点式安全带的侧向保护效果欠佳，假人头部和B柱发生碰撞导致假人头部伤害加剧；仅仅依靠安全带很难达到翻滚状态下乘员的保护效果，必须要开发一款和安全带配合使用的安全气囊。　　针对翻滚碰撞持续时间长并存在二次碰撞的特点，在兼顾侧面碰撞保护的基础上首先提出并开发了一款能够和三点式安全带配合使用的安全气帘。参考仿真模型中的假人相对车体的动态响应定义气帘形状、展开位置、充气算法和气体质量流率。首先提出并开发了一种有两种触发形式的两级气体发生器，使所建立的翻滚安全气帘能够兼顾侧面碰撞的保护效果。对比仿真结果得出结论；所建立的翻滚安全气帘能够配合安全带缓冲假人头部和B柱的碰撞，减小假人头部伤害；所建立的包含安全带和安全气帘在内的约束系统能够在翻滚碰撞中对乘员起到有效地保护效果。
作者：	黄硕
专业：	车辆工程
导师：	张学荣
授予学位：	硕士
授予学位单位：	江苏大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文