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)濟飛速發(fā)展和高速公路交通網(wǎng)的完善促進了我國汽車工業(yè)高速發(fā)展。同時，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，分別對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行了分析，并對三種典型

2、工況中的碰撞安全性進行了協(xié)同優(yōu)化研究，使汽車前部結(jié)構(gòu)能夠同時滿足三種工況的安全性要求。
　　本文主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新點如下:
　　1、汽車正面剛性壁障碰撞中，加速度波形是安全性設(shè)計的重點。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)吸能機理，設(shè)計了一種正八邊形逐級吸能結(jié)構(gòu)來改善縱梁碰撞吸能特性和加速度波形。對該碰撞吸能結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化設(shè)計，并用于某SUV車架正面碰撞安全性改進。碰撞試驗結(jié)果表明，改進后的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)量和剛度兩個參數(shù)分離，建立了質(zhì)量降低、剛度增加、同時降低質(zhì)量和增加剛度的三種假想車型的有限元模型;采用全因子試驗設(shè)計進行仿真計算，分析了質(zhì)量和剛度對汽車與汽車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度，進行了兩車50％偏置碰撞的剛度匹配研究，發(fā)現(xiàn)增強乘用車乘員艙強度對降低其與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。
　　3、針對汽車與柱狀物碰撞中乘員損傷風(fēng)險較高，以中型乘用車Tau

5、rus為目標(biāo)進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造成駕駛員損傷風(fēng)險升高。通過調(diào)整氣囊起爆時間，研究了柱碰撞中最優(yōu)氣囊起爆時刻。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)險的方案，并通過加強前保險杠橫梁結(jié)構(gòu)來實現(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)計要求，以固定剛性壁碰撞中第二臺階加速度與第一臺階加速度比值、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、均勻試驗設(shè)計和模擬退火算法對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)計方案。優(yōu)化結(jié)果同時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、針對一般臺車

7、碰撞試驗只能復(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車，通過調(diào)整臺車軸距、輪距、重心高度和吸能結(jié)構(gòu)參數(shù)，來模擬實車正面剛性壁碰撞試驗和偏置碰撞試驗。通過臺車正面碰撞仿真，分析了前部吸能結(jié)構(gòu)參數(shù)和重心高度對X、Y和Z三向加速度的影響，比較準(zhǔn)確地復(fù)現(xiàn)了實車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。臺車試驗結(jié)果顯示，臺車碰撞能夠同時比較準(zhǔn)確地復(fù)現(xiàn)實車碰撞中的加速度波形