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考虑乘员和碰撞工况差异的自适应约束系统优化研究

江卫国  
【摘要】:汽车乘员约束系统可有效提升乘员乘车安全性。然而,传统的汽车乘员约束系统是基于特定的碰撞工况、乘员体型及乘坐姿态开发设计的,不能有效应对复杂多变的实际道路碰撞工况和乘员状态特征。随着汽车主动安全技术的发展,利用感知技术可在事故发生前提取车辆碰撞参数及乘员状态参数,并据此调节自适应乘员约束系统(ARS)的配置参数,为车内乘员实施针对性的安全防护。然而,现阶段的ARS仍存在碰撞工况少等局限,如何涵盖实际道路碰撞工况和乘员状态特征,是目前ARS系统开发亟待解决的问题。针对真实的道路碰撞工况,研究获取不同碰撞工况(相对碰撞速度与危险目标车辆质量)和不同乘员状态(乘员体型与坐姿)情况下的约束系统最优参数。主要内容、方法及结论:(1)分析了汽车碰撞过程中影响乘员损伤的关键因素,包括乘员状态参数(体型、坐姿)和车辆碰撞参数(相对碰撞速度、危险目标车辆质量与刚度),研究了上述参数的数值变量表达方法,同时,采用统计学方法研究了基于感知系统提取的危险目标车辆外形尺寸预测整车质量的方法。(2)分别建立并验证了两类车辆的简化车头有限元模型,模型符合相应车型的质量与刚度要求。依据道路碰撞条件开展试验设计并进行仿真运算,依据仿真试验结果建立了两类危险目标车辆下的自车碰撞加速度波形与相对碰撞速度的函数关系。(3)建立并验证了多种碰撞工况下的乘员约束系统仿真模型,定义4个ARS参数为优化设计变量,以WIC为优化准则,结合拉丁超立方试验设计、二阶多项式响应面代理模型及非支配遗传算法,对ARS系统参数展开优化设计,得到了不同碰撞工况下的约束系统最优参数。本文利用碰撞加速度波形融合影响乘员损伤的车外关键因素,结合数值模拟方法对ARS开展了优化设计,有效地降低了不同乘员在不同碰撞工况下的损伤风险,提升了乘员乘车安全性。


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