小型电动汽车正碰条件下约束系统匹配研究

作     者：徐珍珍 

作者单位：广西科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：尹辉俊

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 082304[工学-载运工具运用工程] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 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：小型电动汽车 100%正面碰撞 伤害指标 约束系统匹配 

摘      要：随着电动汽车的不断发展创新,已经出现了很多不同结构类型的电动汽车如小型电动汽车。近些年来交通事故频发,如何在交通事故发生时最大程度保护车内人员的伤害情况成为需要重点研究的部分,汽车碰撞种类有很多,正面碰撞出现的可能性最大。相比于常规车辆,小型电动汽车的车内空间很小,所以约束系统部分的空间也有限,会使二次碰撞时的车内人员加速度较恶劣,侵入量相对于普通乘用车也偏大,影响整车约束系统对车内人员的保护效果。在小型电动汽车约束系统匹配相关研究中没考虑到对驾驶员伤害有一定影响的安全气囊三个拉带参数。现在大多数约束系统匹配相关研究中转向管柱都有压溃,却忽略了转向管柱没有压溃对驾驶员伤害较大的情况,更没有考虑转向管柱无压溃情况下转向系统在仿真建模时位置的实际情况。故本文仿真建立无压溃转向管柱,且转向系统位置参考实车试验进行调整再用于整个约束系统仿真。驾驶员是任何车辆中不可缺少的人员,所以研究小型电动汽车正面碰撞条件下的驾驶员位置约束系统参数匹配,且转向管柱无压溃特性,管柱模型位置准确,在参数选取时把安全气囊的三个拉带长度全都考虑在内,对于探索不同车辆结构条件下的驾驶员安全有很重要的研究价值。本论文选择小型电动汽车之一——某款单座的电动汽车进行研究,首先根据研究背景和现状得出约束系统匹配研究的一般技术路线,介绍约束系统的组成,人体伤害评价指标,对其进行49km/h实车正面碰撞试验后,通过碰撞安全法规中对于人体安全性能评价指标要求与试验结果相结合得出,该小型电动汽车在受到100%正面碰撞时,约束系统对于驾驶员的整体保护效果较差,尤其是头部伤害已接近法规规定的限值。之后针对所研究小型电动汽车约束系统对于驾驶员整体伤害与头部伤害评价指标都较高的问题,通过仿真与试验相结合的方法进行约束系统参数优化,达到降低驾驶员伤害的目的,提升对驾驶员的保护效果。结合碰撞安全法规要求中头、颈、胸、腿部的相关伤害评价指标以及整体伤害指标WIC(Weighted Injury Criteria),以Hypermesh、Primer等为仿真建模平台建立约束系统仿真模型,Ls-dyna求解,通过仿真与实物试验结果对比验证安全气囊和约束系统整体仿真模型有效。之后结合控制变量法进行灵敏度分析选取对驾驶员伤害影响较明显的参数,根据选取好的参数以及相对应设计的水平值采用正交试验设计试验方案进行仿真分析,通过仿真结果选取对驾驶员保护效果最好的方案;之后把正交试验的仿真结果与极差分析结合,通过极差分析选取头部伤害指标HIC(Head Injury Criterion)最低时对应参数水平得到一个优化匹配方案进行仿真分析;再针对头部伤害指标HIC、头部3ms合成加速度值、整体伤害指标WIC的极差分析结果,从改善安全带约束效果、安全气囊防护效果两方面入手,通过与正交试验结果中最好方案参数结合进行调整设计新方案,通过正交试验中最好方案与HIC最低时对应方案、调整后新方案结果中的假人头部伤害与整体伤害进行综合对比,选取对驾驶员保护效果最好的方案,得到了最佳的参数水平匹配方式。本文针对目前电动汽车约束系统研究中在参数选取中没有考虑安全气囊三个拉带长度和碰撞时转向管柱无压溃也会产生较大伤害的问题,通过试验与仿真相结合,采用控制变量法、正交试验与极差分析的方法对某小型电动汽车提出一种新的约束系统参数匹配方式,使其在遭受49km/h正面碰撞时,对驾驶员头部保护效果明显变好的同时,整体安全性能也得到提升,极大提高了所研究车型在受到100%正面碰撞时约束系统对驾驶员的保护效果。