汽车低速后碰撞中安全座椅的设计参数对颈部损伤的影响

作     者：李红运 

作者单位：湖南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨济匡

授予年度：2008年

学科分类：082304[工学-载运工具运用工程] 08[工学] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：颈部损伤 低速后碰撞 颈部损伤准则 安全座椅 设计参数 

摘      要：在后碰撞导致的各种损伤类型中,颈部损伤占到全部损伤的90%以上。而后碰撞交通事故大部分都是在低速(小于25km/h)情况下发生的。因此,如何防止低速后碰撞导致的颈部损伤就成了车辆安全领域一个亟待解决的问题。 本论文通过研究安全座椅设计参数和颈部损伤之间的关系,试图通过优化座椅的刚度和几何结构等设计参数来减少低速后碰撞中产生的颈部损伤。为了较好地研究座椅设计参数和颈部损伤之间的关系,本论文主要采用两种研究方法,分别是有限元方法和多刚体动力学方法。 在使用有限元方法时,首先建立并验证了一个有限元假人和一个实验座椅模型,验证结果表明有限元假人模型和实验座椅模型的组合能够较好地模拟志愿者实验。采用正交实验设计方法,以NIC为主要评价指标,以T1相对头部的最大转角为辅助评价指标,探讨了座椅系统中靠背和头枕的刚度在低速后碰撞中对颈部损伤的影响。在参数分析中选取了两种加速度脉冲,一种脉冲加速度平均值为3.1g(相对速度为7km/h),另一种脉冲加速度平均值为6g(相对速度为15km/h)。在使用多刚体动力学方法时,首先利用MADYMO软件建立并验证了一个后碰撞仿真模型,然后利用该后碰撞模型进行仿真试验,研究座椅的几何参数,如头枕与头部的位置、靠背倾角和座垫倾角对颈部损伤的影响。 本论文仿真分析研究工作可得到如下主要结果和结论。 有限元座椅-假人系统模型的分析结果表明,与最初的安全座椅相比,使用最优设计参数的安全座椅后NICmax减少了31.7%,θmax减少了46.3%。由此可知,优化后的座椅大大降低了颈部损伤的风险。靠背刚度参数仿真分析结果表明,在较低速度(7km/h)和中等速度(15km/h)的后碰撞情况下,在一定的弹簧刚度范围内,座椅靠背的刚度越低,尤其是靠背上端部分的刚度越低,NICmax也越小,颈部损伤的可能性就越低,座椅对人体颈部的保护作用就越好。 多刚体动力学座椅-假人系统模型仿真分析结果显示,适当地减小头枕与头部的水平距离和竖直距离,可以减小颈部损伤的风险。过大或者过小的靠背倾角和座垫倾角都会增加颈部损伤的风险。