油门踏板对驾驶员下肢损伤的影响

作     者：刘宇豪 

作者单位：湖南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：曹立波

授予年度：2016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：油门踏板 正面碰撞 下肢损伤 

摘      要：随着近年来我国经济的高速发展,居民汽车保有量呈现逐年增加的趋势。汽车在给人们带来了方便的同时,也带来了众多的社会问题。研究表明,在交通事故中,下肢损伤占碰撞事故中所有中度以上损伤(AIS 2+)的近三分之一。在所有的损伤类型中,下肢损伤虽不像头部和胸部损伤一样容易致命,但却容易导致人残疾,进而给受害者带来极大的精神和肉体的痛苦。因此,关于驾驶员下肢损伤的研究具有重要的意义。现阶段国内外学者在下肢损伤的研究中,常常忽略踏板系统或简化了踏板模型,结果的可靠性难以保证。为弥补国内外学者针对油门踏板系统研究较少的现状,本文建立了详细的油门踏板有限元模型,并分析了在正面碰撞中,油门踏板各参数对驾驶员胫骨力和胫骨指数的影响。主要工作内容如下:1)依据驶员在驾驶车辆时实际踩压油门踏板的情况,以及踏板在车辆中的实际安装情况,设计了两种不同的油门踏板固定支架,并对踏板进行摆锤冲击试验,获得油门踏板部件在不同冲击速度下的响应以及断裂情况。2)建立了踏板的有限元模型,讨论了网格尺寸、类型以及单元类型对仿真结果的影响,并优化了踏板模型,使模型的计算结果在各个工况中和试验结果具有较高的相似度。3)研究了油门踏板的摩擦系数、踏板行程、旋转刚度以及断裂扭矩等参数对驾驶员下肢损伤的影响,并得出相关结论。论文研究表明,四面体网格不适用于踏板模型的建立,全积分的单元类型会增加模型的刚度,从而降低结果曲线的时域,采用常应力的单元公式并配合适当的沙漏能控制参数,能使模型的计算结果在各个工况中和试验结果具有较高的相似度。踏板各因素中,对驾驶员胫骨力的影响较大的参数是旋转刚度和踏板断裂扭矩。对驾驶员胫骨指数影响较大的两个参数是踏板行程和断裂扭矩。踏板侵入量对驾驶员胫骨力的影响不明显,然而,当踏板侵入量增大时,驾驶员胫骨指数会出现明显的上升。