多種典型工況下的汽車正面碰撞性能協(xié)同優(yōu)化.pdf

1、近年來，經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展和高速公路交通網(wǎng)的完善促進(jìn)了我國(guó)汽車工業(yè)高速發(fā)展。同時(shí)，也帶來了嚴(yán)重的交通事故問題。在各類交通事故中，正面碰撞事故是發(fā)生率最高且死亡人數(shù)最多的事故類型，而目前的汽車正面碰撞安全性設(shè)計(jì)主要根據(jù)100％重疊正面剛性壁碰撞和40％重疊偏置碰撞兩種形式。為了進(jìn)一步提高正面碰撞事故中乘員安全性，本文根據(jù)不同碰撞工況特點(diǎn)，分別對(duì)汽車與固定剛性壁障碰撞、各種類型的汽車與汽車碰撞和汽車與柱狀物碰撞三種典型工況進(jìn)行了分析，并對(duì)三種典型

2、工況中的碰撞安全性進(jìn)行了協(xié)同優(yōu)化研究，使汽車前部結(jié)構(gòu)能夠同時(shí)滿足三種工況的安全性要求。
　　本文主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　1、汽車正面剛性壁障碰撞中，加速度波形是安全性設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。通過分析正面碰撞中三種理想加速度波形和薄壁梁結(jié)構(gòu)吸能機(jī)理，設(shè)計(jì)了一種正八邊形逐級(jí)吸能結(jié)構(gòu)來改善縱梁碰撞吸能特性和加速度波形。對(duì)該碰撞吸能結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，并用于某SUV車架正面碰撞安全性改進(jìn)。碰撞試驗(yàn)結(jié)果表明，改進(jìn)后的SUV結(jié)構(gòu)碰撞加速度波

3、形和前部吸能效果都明顯改善。
　　2、各種類型的汽車與汽車正面碰撞中，縱梁全部參與變形碰撞和單側(cè)縱梁參與變形的偏置碰撞是發(fā)生率較高的事故。針對(duì)如何降低汽車與汽車碰撞中乘員損傷，通過改變某乘用車有限元模型，將質(zhì)量和剛度兩個(gè)參數(shù)分離，建立了質(zhì)量降低、剛度增加、同時(shí)降低質(zhì)量和增加剛度的三種假想車型的有限元模型;采用全因子試驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真計(jì)算，分析了質(zhì)量和剛度對(duì)汽車與汽車100％和50％重疊碰撞中車體變形和加速度特性的影響。指出100％重

4、疊碰撞中，乘用車結(jié)構(gòu)剛度增加或質(zhì)量降低產(chǎn)生的加速度峰值增加是導(dǎo)致車內(nèi)駕駛員損傷風(fēng)險(xiǎn)增加的主要原因;而在50％重疊碰撞中，兩車剛度差異造成的乘員艙侵入量增加是主要原因。通過調(diào)整SUV縱梁剛度和乘用車乘員艙強(qiáng)度，進(jìn)行了兩車50％偏置碰撞的剛度匹配研究，發(fā)現(xiàn)增強(qiáng)乘用車乘員艙強(qiáng)度對(duì)降低其與SUV偏置碰撞中的侵入量的作用比降低SUV縱梁剛度更顯著，有利于偏置碰撞中乘員保護(hù)。
　　3、針對(duì)汽車與柱狀物碰撞中乘員損傷風(fēng)險(xiǎn)較高，以中型乘用車Tau

5、rus為目標(biāo)進(jìn)行中心柱碰撞中駕駛員損傷研究。并通過加速度波形參數(shù)化研究得出柱碰撞中過低的前期加速度、較高的加速度上升階段斜率、較高的后期加速度會(huì)造成駕駛員損傷風(fēng)險(xiǎn)升高。通過調(diào)整氣囊起爆時(shí)間，研究了柱碰撞中最優(yōu)氣囊起爆時(shí)刻。提出了抬高碰撞前期加速度來降低中心柱碰撞中乘員損傷風(fēng)險(xiǎn)的方案，并通過加強(qiáng)前保險(xiǎn)杠橫梁結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。
　　4、通過改變吸能盒截面形狀和誘導(dǎo)槽結(jié)構(gòu)，獲得了在三種碰撞工況中都具有較好吸能特性的吸能盒結(jié)構(gòu)。結(jié)合正面固定剛性

6、壁碰撞、40％偏置碰撞和中心柱碰撞三種碰撞工況安全性設(shè)計(jì)要求，以固定剛性壁碰撞中第二臺(tái)階加速度與第一臺(tái)階加速度比值、40％偏置碰撞中駕駛員側(cè)門立柱中部侵入量和柱碰撞中前期加速度為目標(biāo)，提出了采用協(xié)同優(yōu)化策略、均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì)和模擬退火算法對(duì)汽車前部主要吸能結(jié)構(gòu)厚度優(yōu)化來獲得在三種典型碰撞工況中耐撞性都較好的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。優(yōu)化結(jié)果同時(shí)改善了固定剛性壁碰撞中加速度曲線波形、40％偏置碰撞中侵入量和柱碰撞中前期加速度。
　　5、針對(duì)一般臺(tái)車

7、碰撞試驗(yàn)只能復(fù)現(xiàn)車體X向加速度特性，不能復(fù)現(xiàn)Y向和Z向加速度的問題，開發(fā)了一款帶有乘用車車身的新型正面碰撞臺(tái)車，通過調(diào)整臺(tái)車軸距、輪距、重心高度和吸能結(jié)構(gòu)參數(shù)，來模擬實(shí)車正面剛性壁碰撞試驗(yàn)和偏置碰撞試驗(yàn)。通過臺(tái)車正面碰撞仿真，分析了前部吸能結(jié)構(gòu)參數(shù)和重心高度對(duì)X、Y和Z三向加速度的影響，比較準(zhǔn)確地復(fù)現(xiàn)了實(shí)車100％正面碰撞中的X向和Z向及偏置碰撞中X、Y和Z向加速度。臺(tái)車試驗(yàn)結(jié)果顯示，臺(tái)車碰撞能夠同時(shí)比較準(zhǔn)確地復(fù)現(xiàn)實(shí)車碰撞中的加速度波形