大客车偏置碰撞乘员损伤研究

作     者：李子然 

作者单位：长安大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘晶郁

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 

主      题：大客车 正面偏置碰撞 耦合仿真 乘员损伤 多目标优化 

摘      要：客车作为道路交通运输重要载体,其碰撞安全性关乎人民生命财产安全和社会经济良好有序发展。近年来,客车正面碰撞引起的人员伤亡事故频发,社会影响恶劣。客车正面碰撞事故中,发生率最高的碰撞形式为正面偏置碰撞,而我国对大客车偏置碰撞乘员损伤及乘员保护方面研究较少,因此开展客车偏置碰撞乘员损伤研究对降低客车碰撞伤亡率具有重要社会意义。本文通过大客车不同重叠率偏置碰撞仿真试验,探究不同重叠率、不同位置、不同约束条件下乘员运动响应及损伤规律,并针对其中危险工况进行乘员约束系统优化,为大客车结构安全性改进、乘员约束系统升级提供一定参考。本文以某6120型大客车为研究对象,进行不同重叠率(20%、30%、40%、50%、60%)偏置碰撞仿真试验,并对碰撞后不同重叠率整车运动响应、车身骨架变形、B柱加速度及整车碰撞能量响应进行对比分析。结果表明,客车车身偏转程度和车身前部变形程度随重叠率增加而减小;车身整体受冲击载荷随碰撞重叠率增加而增大;20%、30%重叠率碰撞工况下,车身受横向冲击载荷较大。为兼顾计算精度和计算效率,采用多刚体-有限元耦合法建立乘员区人-车系统耦合模型,并引入偏置碰撞中座椅固定点处加速度波形,进行乘员区假人碰撞仿真试验,根据试验结果对约束条件下不同位置、不同重叠率假人运动响应及损伤进行对比分析。结果表明,三点式安全带对假人胸部、头部位移限制效果显著,乘员受损伤风险较小;两点式安全带约束条件下,不同重叠率碰撞侧乘员损伤风险普遍高于非碰撞侧,客车前排乘员损伤风险普遍高于后排;50%重叠率偏置碰撞工况下,客车第二排碰撞侧乘员损伤风险最高。针对50%重叠率偏置碰撞工况,采用单因子变量法对客车座椅靠背、坐垫、安全带等多种假人损伤影响因素进行探讨。结果表明,靠背泡沫刚度比例系数在1.5左右,座椅间距在800mm以下,座椅靠背倾角在100°左右,安全带织带刚度比例系数小于1时,可在一定程度上降低碰撞时乘员整体损伤风险。为降低50%重叠率偏置碰撞工况下乘员头部、胸部损伤风险,通过灵敏度分析对上述各影响因素进行筛选,选取座椅间距、靠背泡沫刚度、坐垫摩擦系数、安全带刚度为设计变量,根据拉丁超立方试验设计采集30组试验样本,建立相应Kriging代理模型,以假人头部HIC值、胸部C值最小为优化目标,进行乘员约束系统多目标优化。优化后,座椅间距为736mm,靠背泡沫刚度比例系数为1.55,安全带刚度比例系数为0.81,坐垫摩擦系数为0.362;优化后,不同重叠率偏置碰撞工况下,假人头部、胸部损伤降幅明显,假人综合损伤降幅都在15%以上,优化效果显著。