汽车正面碰撞乘员约束系统模型建立及乘员保护分析
基于MADYMO的乘员正面碰撞侧约束系统模型的建立
第35卷第8期东 北 林 业 大 学 学 报Vol .35No .82007年8月JOURNAL OF NORT HE AST F ORESTRY UN I V ERSI TY Aug .2007基于MADY MO 的乘员正面碰撞侧约束系统模型的建立 曲洪亮 李德才 钱国强(东北林业大学,哈尔滨,150040) (锦州锦恒汽车安全系统有限公司) 摘 要 利用先进的汽车碰撞安全性模拟的软件MADY MO 建立正面碰撞模型(乘员侧)。
模型的响应与加速度滑台试验的结果基本一致,包括大腿力、腰带力、肩带力、颈部力(F X ,F Z )、颈部弯矩(M Y )、胸部位移,以及髋部、胸部、头部的加速度的响应。
介绍了利用MADY MO 软件建立正面碰撞侧约束模型的一般过程,以及仿真与实验结果的比较。
关键词 MADY MO;安全带;安全气囊;侧约束模型分类号 U491.61Est ablish m en t of A M odel of Crew M e m ber ’s S i de Restra i n t Syste m for Fron t a l Collisi on Ba sed on M ADYMO /Qu Hongliang,L iDecai (College of Traffic and Trans portati on,Northeast Forestry University,Harbin 150040,P .R.Chi 2na );Q ian Guoqiang (J inheng Aut omobile Safety Syste m Cor porati on L i m ited of J inzhou City )//Journal of Northeast Forest 2ry University .-2007,35(8).-85～87,89A collisi on model (me mber ’s side )was established by the advanced MADY MO si m ulati on s oft w are f or aut omobile collisi on security .The validity of the model was basically coincident with the sled test result in ter m s of fe mur axial f orce,lap belt f orce,shoulder belt force,neck force,neck moment,chest dis p lacement,as well as accelerati ons of pelvis,chest and head regi ons .The general p r ocess for establishing the side restraint model of fr ontal collisi on by MADY MO s oft w are was intr oduced,and the si m ulati on was p r oved by experi m ent .Key words MADY MO;Safety belts;A irbags;Side restraint models MADY MO 是一个完美融合多体(MB )动力学计算功能和显式动态有限元(FE )计算功能的软件,由荷兰国家应用科技研究院T NO 开发,广泛应用于车身结构设计、安全气囊、安全带、座椅、仪表板、方向盘转向柱等的开发,可以作为乘员约束系统分析的首选工程软件,利用MADY MO 可以对乘员约束系统的整合及优化设计和汽车碰撞安全性进行研究。
基于乘员保护的汽车正面碰撞结构设计与变形控制研究
基于乘员保护的汽车正面碰撞结构设计与变形控制研究一、概述随着汽车工业的快速发展和普及，汽车安全性能日益受到广大消费者和研究者的高度关注。
作为汽车安全性能的重要组成部分，乘员保护在汽车设计、制造及评估过程中具有至关重要的地位。
特别是在汽车正面碰撞事故中，乘员保护的效果直接关系到乘员的生命安全和健康。
基于乘员保护的汽车正面碰撞结构设计与变形控制研究，不仅具有重要的理论价值，而且具有广泛的实践应用前景。
汽车正面碰撞是道路交通事故中常见的一种碰撞形式，其产生的巨大冲击力对乘员的生命安全构成严重威胁。
为了降低碰撞事故对乘员的伤害程度，汽车设计师们不断探索和优化汽车结构，以期在碰撞发生时能够有效地吸收和分散撞击能量，减少对乘员的冲击。
随着材料科学、计算机仿真技术等领域的不断进步，也为汽车正面碰撞结构设计与变形控制提供了更为先进和有效的手段。
在此背景下，本文基于乘员保护的视角，对汽车正面碰撞结构设计与变形控制进行深入研究。
本文将对汽车正面碰撞的动力学原理进行阐述，分析碰撞过程中能量的传递与吸收机制。
本文将探讨如何通过优化车身结构设计、采用先进的吸能材料和结构、以及合理设计变形控制区域等手段，提高汽车在正面碰撞时的乘员保护性能。
本文将结合实际案例和仿真分析，对提出的结构设计与变形控制方法进行验证和评估，为汽车安全性能的提升提供理论支持和实践指导。
基于乘员保护的汽车正面碰撞结构设计与变形控制研究是一项具有重要意义和挑战性的工作。
通过深入研究和实践应用，我们有望为汽车安全性能的提升做出积极贡献，为乘员提供更加安全、舒适的出行环境。
1. 汽车碰撞安全性的重要性随着汽车工业的快速发展和汽车保有量的持续增长，道路交通安全问题日益凸显，其中汽车碰撞事故是造成人员伤亡和财产损失的主要原因之一。
提高汽车碰撞安全性，降低事故中的乘员伤亡风险，已成为汽车工业发展的重要方向。
汽车碰撞安全性涉及车辆结构、材料、安全装置等多个方面，其中结构设计尤为关键。
约束系统开发 正面碰撞
约束系统安全保护原理：正面乘员伤害
• 挑战/困难
1. 由于年龄、性别以及体重等差异很大, 人体 组织的力学行为宽泛
2. 伤害的级别较多
• 共识/结果
1. 中等身材 2. 无生命威胁的伤害极限
3. AIS (Abbreviated Injury Scale)
由急诊室医生和其他各科室的外科专家定义
生物力学响应
伤害部位：腿部： 多发生于偏置对碰中车体侵入较大，导致大腿、胫骨、膝关节 、脚踝受伤
参考文献:
正面碰撞安全约束系统开发
约束系统安全保护原理：正面乘员伤害
生物力学响应
目的：
• 法规制定 • 测量方法和设备的设计(假人) • 量化伤害与物理量之间的关系 • 物理量与伤害机理的直接关联性
正面碰撞安全约束系统开发
在发生碰撞事故后，乘员受到碰撞载荷作用后的损伤
伤害部位：胸部： 胸部器官的重要性决定了胸部伤害对生命的威胁很大，一般由 冲击载荷作用下导致肋骨/胸骨断裂、刺进胸腔伤及心脏或动脉 产生
参考文献:
正面碰撞安全约束系统开发
约束系统安全保护原理：正面乘员伤害
在发生碰撞事故后，乘员受到碰撞载荷作用后的损伤
伤害部位：胸部 肋骨断裂导致肺部受伤 www.thorax-project.eu
冲击力作用下尸体的脑部X光片
参考文献:
正面碰撞安全约束系统开发
约束系统安全保护原理：正面乘员伤害
在发生碰撞事故后，乘员受到碰撞载荷作用后的损伤
伤害部位：颈部 在胸部被安全系统约束情况下头部仍然前向运动所致，上颈椎 伤害一般会威胁生命，下颈椎伤害会导致瘫痪
参考文献:
正面碰撞安全约束系统开发
约束系统安全保护原理：正面乘员伤害
大客车正面碰撞乘员约束系统的仿真研究
大客车正面碰撞乘员约束系统的仿真研究章节一：绪论2019年，全球交通死亡人数已经达到了1.3万人。
尤其是在大客车交通事故中，乘客的伤亡灾难性。
在此背景下，约束系统仿真研究显得尤为重要。
大客车的乘员约束系统主要包括安全带、座椅和安全气囊等。
乘员约束系统是大客车整体安全的重要组成部分，尤其是对于发生交通事故时乘客的生命安全起着至关重要的作用。
本文将重点研究大客车在正面碰撞中的乘员约束系统，并且运用仿真技术，建立相应的模型，探讨大客车乘员约束系统的安全性能，以期提出科学、合理的安全措施，保障大客车的安全运行。
章节二：大客车乘员约束系统的分析与设计2.1 大客车乘员约束系统的设计原则针对大客车的特殊性质，乘员约束系统应符合以下三个原则：安全、舒适和普适性。
2.2 大客车乘员约束系统的组成大客车乘员约束系统由安全带、座椅和安全气囊三种组件构成。
安全带是目前最常见的乘员约束系统，其主要作用是通过限制人体的活动范围，降低碰撞时人体间的相对运动速度，从而使人体受到的撞击力和冲击力减小。
座椅则是舒适性和保护性并重的组件。
安全气囊则是一种在车辆碰撞时迅速充气，保护乘客头部和身体的安全设备。
章节三：大客车乘员约束系统的安全性能评估3.1 碰撞实验与仿真为了评估大客车乘员约束系统的安全性能，可以通过碰撞实验和仿真两种方式来进行。
在本文中，我们将仿真技术应用于评估安全性能。
3.2 捕捉数据在进行碰撞仿真前，需要捕捉相关的车辆数据，包括车辆的重量、长度和宽度等。
同时还需要获取车辆碰撞时的动力学数据，比如车辆的速度、角度和碰撞点位置等。
还需要获取乘客的身体尺寸，以便建立适合的人体模型。
3.3 构建人体模型在大客车乘员约束系统的仿真中，人体模型十分重要。
通过建立适合的人体模型，可以更好地评估大客车乘员约束系统的安全性能。
常见的人体模型有静态多刚体模型、动态多刚体模型和有限元模型等。
在本文中，我们将使用有限元模型来构建人体模型。
正面碰撞不同身材乘员保护约束系统的设计
关 键 词 ： 面碰 撞 ； 员身 材 ； 正 乘 约束 系统 ； 开发 Ｄｅ ｉｎ ｏ ｒ ｎ ａ ｍｐ ｃ ｓｒ ｉ ｔＳ ｓｅ ｆｒＯｃ ｕ ａ ｔ ｆＤｉ ｅ ｅ ｔＳ ａｕ ｅ ｓｇ ｆＦ ｏ ｔｌＩ ａ ｔＲｅ ｔａｎ ｙ ｔｍ ｏ ｃ ｐ ｎ ｓ ｏ ｆ ｒ ｎ ｔｔｒ ｓ ｆ
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SUV正面碰撞仿真及乘员约束系统优化的开题报告
SUV正面碰撞仿真及乘员约束系统优化的开题报告一、研究背景及意义近年来，随着汽车行业的发展和人们生活水平的提高， SUV车型已经成为市场上的热门车型之一。
而随着SUV车型在市场上的不断普及，SUV的安全问题也成为了汽车行业的研究热点之一。
特别是在车辆碰撞事故中，SUV的高重心、高车身等特点使得其在碰撞中受伤的可能性更大。
因此，就SUV车型的安全性能进行研究，对提高车辆安全性能、降低交通事故的发生和减少人员伤亡具有重要的意义。
为了提高SUV车型的安全性能，汽车行业进行了大量的技术研究，其中最主要的就是通过仿真模拟技术来进行汽车碰撞事故的研究，以找出最优的乘员约束系统方案。
乘员约束系统是汽车被撞击后对乘员身体施加的力量进行限制和减轻的系统。
其中重要的组成部分包括座椅、安全带、气囊等。
在汽车碰撞事故中，乘员约束系统的性能直接关系到车内乘员的安全性和生命健康。
因此，本文的研究意义在于，通过SUV的前端碰撞仿真模拟技术，对不同乘员约束系统方案进行优化，以提高乘员的安全性能，降低碰撞事故所造成的伤亡和损失，对普及SUV车型的市场推广和行业发展具有积极的促进作用。
二、研究内容和目标本文的研究内容主要包括两个方面：1. SUV前端碰撞仿真模拟通过使用汽车行业常用的Crashworthiness（碰撞性能）模拟软件LS-DYNA等工具，对SUV车型在不同碰撞情况下的变形和破坏进行仿真模拟。
2. 乘员约束系统优化方案研究以模拟仿真结果为基础，针对不同乘员约束系统方案进行评价分析，对乘员约束系统进行优化，以降低乘员在事故中的受伤概率。
本文的研究目标为，在SUV前端碰撞仿真模拟的基础上，针对不同乘员约束系统方案进行评价分析，提出最优的乘员约束系统优化方案，从而实现对SUV车型乘员在交通事故中受伤的有效预防和保护。
三、研究方法和步骤本文的研究方法主要包括仿真模拟和优化方法：1. 仿真模拟通过使用汽车行业常用的Crashworthiness（碰撞性能）模拟软件LS-DYNA等工具，对SUV车型在不同碰撞情况下的变形和破坏进行仿真模拟。
正面碰撞中乘员约束系统模型的建立及参数优化研究
图1 乘员室内环境模型
—挡风玻璃；2—制动踏板和加速踏板；
地板；4—座椅；5—转向系；6—仪表台
乘员室内环境模型的各个刚体的形状和位置关系以及各缸体之间的约束是根据丰田 Yaris
实车数据确定的。
挡风玻璃主要是由一个平板模型以及一个模拟柱的拉长椭球模型组成；制动踏板和
图3 安全带模型示意图
实线表示传统多刚体安全带，虚线表示有限元
图4 Yaris车体有限元模型 图5 处理后Yaris车体有限元模型
将处理后的模型导入MADYMO工程软件，便MADYMO格式，由于生成后的模型与
MADYMO 车体模型是相互独立的，需要先调节仪表盘、地板、座椅、假人等模型的位置，然后进行替换，将原先的地板、挡风玻璃、座椅等删除，导入并复制处理后的各模型，并定义相应的属性。
最后建立好的驾驶员侧约束系统仿真模型如图6所示。
汽车乘员约束系统的参数分析与仿真研究概要
参数优化和改进建 议
未来研究方向和展 望
对未来研究的建议
进一步优化乘员约 束系统参数
开展多场景仿真研 究
加强乘员约束系统 与智能驾驶的协同 研究
关注乘员健康与安 全性能的关联研究
THANK YOU
汇报人：XX
仿真模型建立的 注意事项：确保 模型的准确性和 适用性、考虑实 际约束条件和边 界条件、选择合 适的仿真软件和 工具
仿真实验设计与实施
实验目的：验证汽车乘员约束 系统的性能和安全性
实验条件：模拟不同碰撞场景 和车辆参数
实验方法：采用计算机仿真技 术进行模拟实验
实验结果：分析仿真数据，评 估约束系统的性能表现和改进 方向
参数分类：物理参 数、化学参数、生 物参数等
参数对系统性能的 具体影响：参数变 化对系统性能的影 响程度和规律
参数分析的方法： 实验法、仿真法、 理论分析法等
参数优化方法
遗传算法：通过模拟生物进化过程的自然选择和遗传机制，寻找最优解
粒子群优化算法：模拟鸟群、鱼群等生物群体的行为模式，通过个体间的相互协作和竞 争来寻找最优解
模拟退火算法：模拟固体退火过程的物理现象，通过随机搜索来寻找最优解
梯度下降法：利用函数局部最小值的性质，沿着函数值下降最快的方向寻找最优解
仿真研究
仿真模型的建立
仿真模型的类型： 物理模型、数学 模型和混合模型
建立仿真模型的 目的：预测系统 性能、优化设计 参数和提高产品 可靠性
仿真模型的建立 过程：明确研究 目标、确定系统 边界、选择合适 的建模方法、建 立数学模型、验 证模型的正确性 和可靠性
汽车乘员约束系统的参数分析 与仿真研究概要
汇报人：XX
汽车乘员约束系统概述 参数分析 仿真研究 研究结果与讨论 结论
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图 ２ Ｂ柱 下 端 加速 度 历 程 曲 线
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汽车正面碰撞乘员约束系统模型建立及乘员保护分析
蔡 君 乔 维 高 张 羽佳 （ 武汉理工大学汽车工程学院， 湖北武汉 ４０７ ） ３００
【 摘要】 利用Ｍ Ｄ Ｍ 软件建立了 ＡＹ Ｏ 乘员约束系统的 模型， 整个模型包括车体、 安全带、 安全气囊和假
人 。模型经过验证后 与试验数据相 比较 符合 要求 ， 并利用验证后 的模 型对座椅坐垫倾角参数 和集 成安全带 式座
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图 ４ 胸部 合成加速 度时间历程 曲线
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收 稿 日期 ： ００— ４— ９ ２ １ ０ ０
上海汽车
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假 人 和安 全 带 的准确 定 位对 模 拟结 果 有着 重 要 影 响。文 中假人 和 安 全带 的定 位 参 数 为经 过 预
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器键 如箍
试验
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模 型 的输 入采 用该 轿车 试验 中测得 的 Ｂ柱 下
端 加速 度 曲线 ， 图 ２所 示 。 如
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型来 实 现 。
减 少物 理试 验 次 数 ， 小 开 发 成 本 和缩 短 开 发 流 减 程 。本 文结 合 某 轿 车 约束 系统 的 开 发 ， 绍 了 在 介 ＭＡ Ｙ Ｏ软 件 中 建 立 正 面 碰撞 驾 驶 员 约 束 系 统 Ｄ Ｍ 模 型建 立 的方 法 ， 乘 员 在 正 面 碰 撞 中 的动 力 学 对 响应 进行 了分 析 ， 结 合 试 验 对 仿 真 分 析 的结 果 并 进行 了验 证 ， 此 基 础 上分 析 了 座 椅 的坐 垫 倾 角 在 和集 成安 全带 式座 椅对 乘员 的保 护效 果 。
图 １ 正 面 碰 撞 ＭＡ Ｙ Ｄ ＭＯ
安 全带 系统 采用 有 限元 和标 准 多体 安全 带 模 型组 成 的混 合 安 全 带 系统 ， 限元 安 全 带 可 以模 有 拟安 全带 在假 人 身体 表 面 的滑动 。安 全带 的定 义 还包 括卷 收器 、 限力 器 和预 紧 器 ， 据 实 际情 况 定 根 义 限力器 的 大 小 和 预 紧器 的 预 紧 时 间 ， 以及 与假 人之 间 的接触 。安 全 气囊 采 用 有 限 元模 型 和 均 匀 压力算 法 展 开 。座 椅 、 向 柱 的 压 溃 特 性 ， 垫 、 转 膝 风窗 的刚 度特 性 以及 各个 铰 链 的 约束 特 性 定 义均 来 自试 验数 据 。
图 ５ 胸 部 变 形 量 时 间 历 程 曲线
试验
估 盲 一
【 主题词】 正面碰撞
汽车
约束系统
能 特性 在 ＭＡ Ｙ Ｄ ＭＯ 中通 过定 义 卸 载 函数 ， 滞 模 迟
０ 引言
Ｍ Ｄ ＭＯ作 为 乘 员 约 束 系 统 开 发 中经 常 使 Ａ Ｙ 用 的一种重 要 的设 计 分 析 手 段 ， 过 对 不 同 设 计 通
方案对 乘员 的保 护效 果 进 行 分 析 预 测 ， 以显 著 可
１ 驾 驶 员 约束 系统模 型 的建 立
根 据该 轿 车 驾 驶 室 的 布 置 几 何 参 数 建 立 的 Ｍ Ｄ ＭＯ车体模 型 如 图 １ 示 ， 模 型包括 风 窗 、 Ａ Ｙ 所 该
前 围板 、 脚踏 板 、 板 、 地 座椅 和转 向系 等 。座椅 、 转 向柱 的压 溃 特性 、 垫 、 窗 的刚 度 特性 以及 各 个 膝 风 铰 链 的约束 特性定 义 均 来 自试 验 数 据 。座 椅 的 吸
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如 ∞ 如 加
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２ 仿 真 结 果 分 析 与试 验 数 据 验 证
根据 建立 的模 型 ， 计算 得 出假 人头 部 ， 部 的 胸 质心 合成 加速 度 ， 部 的最 大 相 对 变 形 量 以及 驾 胸
椅 对 正 碰 中乘 员 的保 护 效 果 进 行 了 分 析 。
【 ｂｔａｔ Ａ ｒｓａ ｔ ｙｔｍ ｍ ｄｌｓ ｅｅ ｐｄｂ Ｄ ＭＯｓｈ ａｅ ｗ ｉｈｉｃｕｅ ｅｉ Ａ ｓ ｃ】 ｅｔ ｉ ｓ ｏｅｉｄｖｌ ｅ ｙＭＡ Ｙ ｏｗ ｒ， ｈｃ ｌｄｓｖｈ－ ｒ ｒｎ ｓ ｅ ｏ ｎ