乘員約束系統(tǒng)優(yōu)化-安全氣囊與安全帶匹配研究

乘員約束系統(tǒng)優(yōu)化-安全氣囊與安全帶匹配研究汽車碰撞過(guò)程中，有效的約束系統(tǒng)可以降低車內(nèi)碰撞對(duì)乘員的傷害。本文采用RADIOSS對(duì)某汽車約束系統(tǒng)進(jìn)行碰撞模擬分析，以降低假人頭部傷害指數(shù)、頸部伸縮彎矩、胸部壓縮變形量和粘性指數(shù)為目標(biāo)，利用HyperStudy對(duì)安全氣囊和安全帶進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，改進(jìn)后約束系統(tǒng)提升汽車的乘員保護(hù)性能，其優(yōu)化流程對(duì)汽車設(shè)計(jì)提供了一定的參考。1引言在汽車設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，需要考慮汽車碰撞安全，乘員的初始能量通過(guò)兩種方式來(lái)耗散，一部分通過(guò)約束系統(tǒng)傳遞給車身結(jié)構(gòu)，另一部分乘員能量通過(guò)約束系統(tǒng)的變形吸收。約束系統(tǒng)直接與乘員發(fā)生作用，它的設(shè)計(jì)對(duì)乘員安全尤其重要。而約束系統(tǒng)包含安全帶、安全氣囊和座椅等，開(kāi)發(fā)人員需要對(duì)約束系統(tǒng)配置數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，包括安全帶預(yù)警器可行性分析，安全氣囊開(kāi)發(fā)分析，轉(zhuǎn)向管柱壓潰方案的制定，假人傷害值分析等。本文以某汽車約束系統(tǒng)為例，介紹如何運(yùn)用參數(shù)優(yōu)化方法，改進(jìn)設(shè)計(jì)方案。2模型參數(shù)選取與試驗(yàn)分析約束系統(tǒng)模型采用RADIOSS柔體與剛體混合建模方式，安全帶與安全氣囊為柔性體，方向盤(pán)機(jī)轉(zhuǎn)向管柱等結(jié)構(gòu)采用剛體和連接彈簧，乘員采用50百分位男性假人，結(jié)構(gòu)如1所示。安全帶具有預(yù)緊器和限力器，肩帶與腰帶為D環(huán)連接；安全氣囊采用參考節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)方法模型；轉(zhuǎn)向管柱為壓潰式結(jié)構(gòu)。點(diǎn)擊圖片查看大圖圖1約束系統(tǒng)模型2.1分析參數(shù)選取基于該約束系統(tǒng)簡(jiǎn)化的建模方式以及影響假人傷害值主要參數(shù)，本文選取的約束系統(tǒng)參數(shù)（因素）有：安全帶的限力值系數(shù)（Scale_y），轉(zhuǎn)向管柱壓潰位移（Stroke），安全氣囊泄氣口面積縮放系數(shù)（Avent），安全帶預(yù)緊器位移（Pre_Disp）。2.2參數(shù)試驗(yàn)分析對(duì)約束系統(tǒng)進(jìn)行四個(gè)因素各兩個(gè)水平進(jìn)行試驗(yàn)分析，其考慮的假人傷害值為：頭部傷害指數(shù)（HIC36），頸部伸縮彎矩（My），胸部壓縮變形量（Chest_Def），胸部3ms合成加速度值（Clip），大腿壓縮力（Femur_Force），其分析結(jié)果如表1所示：表1系統(tǒng)參數(shù)試驗(yàn)分析點(diǎn)擊圖片查看大圖各參數(shù)對(duì)假人傷害響應(yīng)的相關(guān)度如圖2所示。可以得出，對(duì)假人頭部傷害指數(shù)（HIC）最具影響的約束系統(tǒng)參數(shù)為安全氣囊泄氣口面積縮放系數(shù)（Scale_y），安全帶限力值系數(shù)（Scale_y）次之；對(duì)假人胸部壓縮變形量（Chest_Def）和3ms合成加速度值（Clip）最具影響參數(shù)均為安全帶限力值系數(shù)（Scale_y）；對(duì)頸部伸縮彎矩（My）最具影響參數(shù)為安全氣囊泄氣口面積縮放系數(shù)（Scale_y）；而轉(zhuǎn)向管柱壓潰位移在80mm至142mm范圍內(nèi)，對(duì)假人傷害值影響很小。考察到泄氣口面積縮放系數(shù)（Scale_y）對(duì)頸部伸縮彎矩（My）重要影響，并對(duì)氣囊系繩長(zhǎng)度（Tether_Length）和泄氣口開(kāi)啟時(shí)間（Tvent）進(jìn)行DOE分析。點(diǎn)擊圖片查看大圖點(diǎn)擊圖片查看大圖圖2參數(shù)水平對(duì)假人響應(yīng)的相關(guān)度3約束系統(tǒng)優(yōu)化從參數(shù)試驗(yàn)分析可知，大腿力壓縮力小于高性能限制3.8KN，無(wú)需進(jìn)行優(yōu)化，可作為大腿部位獲得高評(píng)分的約束條件。頸部伸縮彎矩My大于低性能限值57Nm，需要對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，頭部傷害指數(shù)、胸部壓縮變形量和胸部3ms合成加速度值都需進(jìn)行考察，根據(jù)假人各傷害值評(píng)分權(quán)重進(jìn)行優(yōu)化，即把多目標(biāo)優(yōu)化簡(jiǎn)化成單目標(biāo)多參數(shù)優(yōu)化。為了簡(jiǎn)化/zixun/模型并說(shuō)明問(wèn)題，頭部和頸部評(píng)分分別只考察HIC和My，胸部考察壓縮變形量Chest_Def和3ms合成速度值Clip。優(yōu)化目標(biāo)如下列表達(dá)式；目標(biāo)：Min(5*(HIC/825)+2*(My/49.5)+5*max(Chest_Def/36，Clip/49))選取優(yōu)化參數(shù)安全帶限力值（Scale_y），氣囊泄氣口面積縮放系數(shù)（Avent），氣囊系繩長(zhǎng)度（Tether_Length），氣囊泄氣口開(kāi)啟時(shí)間（Tvent），采用HyperStudy進(jìn)行優(yōu)化后的結(jié)果如下：點(diǎn)擊圖片查看大圖圖3約束系統(tǒng)優(yōu)化后的假人響應(yīng)曲線4結(jié)論汽車乘員約束系統(tǒng)可以簡(jiǎn)化為參數(shù)化模型，并進(jìn)行假人傷害值的試驗(yàn)分析；對(duì)于降低假人