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原文传递乘用车两车侧面碰撞的兼容性研究

论文题名：	乘用车两车侧面碰撞的兼容性研究
关键词：	两车侧面碰撞;碰撞兼容性;集中参数模型;变形侵入量
摘要：	世界卫生组织、哈佛大学公共卫生学院和世界银行联合研究得出:到2020年,道路交通事故将成为导致人类死亡的第三大原因,每年致死人数将超过140万。其中,侧面碰撞事故占事故总数的30％左右,仅次于正面碰撞;而在造成乘员死亡和重伤的两车侧面碰撞事故中,被撞击车辆驾驶员的死亡机率是撞击车辆驾驶员死亡机率的几倍甚至几十倍以上。居高不下的伤亡机率威胁着人们的生命安全,因此,要想使事故中车辆所有乘员的损伤风险降至最低,对汽车侧面碰撞安全性、兼容性的研究就显得尤为重要。本文在大量参考文献研究和美国联邦法规FMVSS214分析基础上,使用归纳分析方法、数值分析方法、统计分析方法和有限元分析方法,分别对乘用车两车侧面碰撞的集中参数理论模型、参数反求法、乘员损伤情况及车辆受损情况和车辆侧面结构变形侵入量影响因素进行了研究。　　 1、侧面碰撞兼容性损伤流行病学研究。基于NASS/CDS数据库,采用SAE标准J224受损车辆分类方法,研究了乘用车所有乘员损伤等级为3以上(撞击车辆和被撞击车辆)在速度变化值△v上的分布情况和所有乘员损伤等级为3以上身体5大部位(头部/面部/颈部、胸部、骨盆、上肢和下肢)在速度变化值△v上的分布情况;同时研究了被撞击车辆所有乘员损伤等级为3以上和其身体5大部位在横向受损区间、纵向受损区间和垂直方向受损区间上的分布情况。结果表明,在轻型卡车(LTV)和轿车(CAR)的侧面碰撞真实事故中,造成撞击车辆乘员损伤等级3以上且损伤机率50％以上的速度变化值为34 km/h,造成被撞击车辆乘员损伤等级3以上且损伤机率50％以上的速度变化值为28.5 km/h。针对不同的分析结果,提出被撞击车辆在横向受损变形方向、纵向受损变形方向和垂直受损变形方向需要采取的保护乘员安全的措施。　　 2、侧面碰撞兼容性集中参数理论模型研究和参数反求法研究。本文对汽车侧面碰撞安全性发展过程当中使用的集中参数理论模型进行了归纳总结,对其中典型的几种参数模型进行了较完整的描述。为了求解集中参数理论模型中的非线性弹簧和阻尼刚度,提出了一种数值分析方法:参数反求法。该方法采用分段参数修匀最小二乘法对侧面碰撞测试数据进行拟合,结合非线性动力学系统模型,反求出汽车侧面碰撞过程中汽车吸能部件和假人结构部件的动态特性。比较分析试验法和有限元分析法的结果发现,非线性参数反求法的结果更准确地描述出了侧面碰撞条件下汽车部件和假人的非线性响应。　　 3、侧面碰撞兼容性定性研究。本文利用动量守恒定律、牛顿定律和力矩理论,并结合简单集中参数理论模型和假人车门自由体理论模型,对两车侧面碰撞兼容性问题的三个重要影响因素——两车质量比、汽车前端刚度和前端几何特征进行了系统的研究和总结。研究结果揭示了两车侧碰兼容性的内在规律,为更好的研究两车兼容性问题提供了思路。针对汽车前端的刚度和几何特征,分别分析了其评价参数:变形能量刚度kw和真实作用力平均高度值TrueAHOF。对欧洲汽车安全委员会(EEVC)的兼容性和正面碰撞工作小组(WG15)开发的渐进型变形壁障PDB进行了分析,研究了在PDB侧面碰撞测试中评价汽车兼容性的参数PPAD。如果PPAD值越小,表示试验车辆的兼容性越好。　　 4、侧面碰撞兼容性仿真研究。在有限元显式理论、二维碰撞力学理论和罚函数力学理论基础上,按照美国FMVSS214法规建立和验证了一系列车辆有限元模型(包括Taurus、Explorer、F250和Silverado)和可变形壁障有限元模型(US-MDB),并依照美国新车评价侧面碰撞(US-SINCAP)规程进行了一系列仿真分析,研究了目标车在侧碰仿真中车门槛梁位置(第1水平级)、车门中部位置(第3水平级)和车窗下边框位置(第4水平级)的变形侵入情况。结果表明,在乘用车两车侧碰中,目标车第3水平级的变形侵入量最大,第1水平级的变形侵入量最小。　　 5、侧面碰撞变形侵入量影响因素研究。在仿真研究基础上,选取Taurus轿车侧面变形侵入量为研究目标,分析其侧向速度变化值为28.2km/h时,乘用车两车质量比、撞击车接近速度和接触面积、主要吸能结构相对位置等侧面碰撞因素对侧面变形侵入量的函数关系。结合真实世界事故统计分析数据,分析了变形侵入量对乘员损伤等级的影响。研究发现:①两车质量比是影响目标车中性变形侵入量(总体衡量变形侵入程度的参数C,见5.8节)的首要因素,当两车质量比为1.6时,中性变形侵入量最小,最小值为402mm,乘员损伤AIS最小值为3.23。②两车主要吸能结构位置发生变化时,被撞目标车的侧面变形侵入量也会发生变化,随着撞击车保险杠高度的降低,目标车第3水平级和第4水平级的变形侵入量逐渐减小,第1水平级的变形侵入量值先增大后减小。
作者：	唐友名
专业：	车辆工程
导师：	曹立波
授予学位：	博士
授予学位单位：	湖南大学
学位年度：	2010
正文语种：	中文