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汽车儿童安全座椅后撞和侧撞仿真研究

石芳  
【摘要】:近年来,儿童乘车安全问题越来越受重视。乘车中正确使用汽车儿童安全座椅可以有效地降低儿童乘员的损伤程度和死亡率,然而市场上汽车儿童安全座椅的质量却参差不齐。新出台的欧洲ECE\R129法规虽增加了对儿童乘员约束系统侧面碰撞的要求,但仍然与之前的ECE\R44法规并行使用,各相关企业和单位还未严格执行侧面碰撞法规的要求,说明汽车儿童座椅的侧面碰撞性能要求还没有被强制实施。但是,在汽车碰撞事故中,儿童乘员在侧面碰撞中的损伤程度高于正面和后面碰撞,所以提高儿童安全座椅的侧碰性能具有重要的工程意义,将是今后该领域研究工作的重点。本文根据欧洲ECE\R44要求,针对一款后向安装的汽车儿童安全座椅,利用Hypermesh、Ls-Prepost和Oasys-Primer等软件建立了包括台车座椅、儿童座椅、儿童假人和安全织带在内的碰撞有限元模型,并参照后面碰撞试验工况,应用有限元软件Ls-Dyna仿真分析后面碰撞过程,通过碰撞过程中假人运动形态、头部和胸部加速度与试验结果的一致性,验证了仿真模型的有效性。在此基础上,引入侧面钢板替代汽车侧面车门建立侧面碰撞有限元模型,参照相关侧面碰撞加速度波形,仿真分析了儿童安全座椅的侧面碰撞过程,并通过相关试验结果的比较初步确认了仿真分析方法的有效性。然后分析了安全织带、靠背板刚度以及摩擦系数等儿童安全座椅设计参数和使用过程中的把手位置、安全带预紧力等使用因素在侧面碰撞中对儿童假人损伤参数的影响。研究结果表明:安全织带刚度的增加导致假人颈部的损伤增大;靠背板刚度对假人头部和胸部的缓冲作用都很重要;座椅与假人之间的摩擦系数不仅对胸部损伤有明显的影响,而且对头部损伤也有重要的影响作用;提篮把手中间位置状态和适当的安全带预紧力,可以有效地降低侧面碰撞事故中儿童乘员的损伤程度。随着机动车相关安全法规的不断完善,对汽车儿童安全座椅的碰撞性能也将提出更加严格的要求。本文使用的仿真分析方法和研究成果,对于相关企业提升设计水平、降低开发成本、为社会提供安全可靠的汽车儿童座椅将具有重要的指导意义。


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