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原文传递人体可穿戴式安全气囊设计与匹配研究

论文题名：	人体可穿戴式安全气囊设计与匹配研究
关键词：	交通安全;可穿戴式安全气囊;全因子设计;行人保护性能;参数匹配
摘要：	据统计，我国每年的交通事故导致人员死亡的数量一直处于较高水平。其中，行人、骑脚踏车者和摩托车驾驶员占交通事故死亡人数的很大比例。随着汽车行业的发展，汽车内部的乘员约束系统的相关研究越来越多，车内乘员的被动安全保护措施相对较为完善，然而同为交通道路的使用者，行人以及二轮车骑行者并没有得到较全面的被动安全保护。故本文针对车外行人以及二轮车骑行人员，提出一款可以穿戴的安全气囊系统，在上述人员与汽车碰撞过程中，研究有无穿戴安全气囊系统对车外行人以及二轮车骑行人员的保护情况，提出的可穿戴式安全气囊系统对于车外行人头部有一定的保护性能，能有效保护在通常情况下人车碰撞过程中的车外行人的安全。同时，分析了可穿戴式安全气囊的相关参数对人员的保护情况，以探究车外行人保护性能最佳的匹配方案，为后续对于车外可穿戴式安全气囊等设备的开发提供一种可行的方法。　　本文介绍了CNCAP中行人保护相关法规，以人体可穿戴式安全气囊为研究对象，利用计算机数值模拟的方法，在RADIOSS中搭建人-车仿真模型，在此基础上探究人体可穿戴式安全气囊对人体保护的情况以及对安全气囊参数的匹配研究。　　为确保气囊使用气体发生器在数值模拟过程的有效性，在RADIOSS求解器中使用有限体积法搭建了气体发生器压力密闭容器仿真试验模型并进行计算，之后与真实压力密闭容器实验测得的相关数据进行对比，对比结果显示仿真试验所得的密闭容器内气体压力随时间变化的曲线与真实试验的结果基本一致，验证输入气体发生器的质量流量以及温度曲线的有效性。　　通过给汽车设定不同的初始车速，分析不同车速下行人与汽车碰撞的过程中，行人的运动姿态响应的变化，以验证模型的合理性。分别计算人车碰撞模型以及二轮车骑手与汽车碰撞模型中，有无穿戴可穿戴式安全气囊系统对假人各个部位的保护情况。主要针对假人头部合成加速度曲线、头部损伤标准HIC15、头部脑组织应力以及胸部累积3ms合成加速度等结果进行比较。在行人与汽车碰撞的模型中，穿戴有可穿戴式安全气囊系统的模型中，相同条件下，假人头部HIC15的伤害值下降52%，脑组织应力峰值下降了7%。穿戴有安全气囊保护系统地模型也符合CNCAP中头部HIC1000的要求。还比较了两种模型中假人胸部的损伤情况，结果显示，穿戴有安全气囊系统的模型中假人胸部累积3ms合成加速度的值下降了2%。之后比较了骑二轮车的人车碰撞场景下，有无穿戴可穿戴式安全气囊对人体损伤的大小情况，分析的结果得出，穿戴有安全气囊系统的假人头部与胸部损伤比原始模型中对应假人的头部损伤标准HIC15下降了58%，脑组织应力峰值下降了21%。　　在行人与汽车碰撞过程中，对可穿戴式安全气囊系统进行匹配研究，以探究行人保护效果最佳的匹配方案。以假人头部损伤标准HIC15作为优化目标，以充入气体的质量流量和头部气囊拉带长度为研究因素，分别取4个水平和3个水平进行全因子设计试验，进行DOE全因子试验设计与仿真计算，总共设计了12次仿真试验。结果显示，当气体质量流量与原始模型一致并且头部气囊拉带的长度增加到20mm时，假人头部损伤标准能降到最低。并且比较优化前后假人头部胸部的损伤情况发现，优化后的模型相比较原始模型行人的头部损伤标准HIC15的值下降了8.67%，胸部累积3ms合成加速度的值下降了6.87%。
作者：	牛延笑
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：	2021