[发明专利]基于能量分析的乘员约束系统优化方法

说明书

本发明公开了基于能量分析的乘员约束系统优化方法，该方法首先建立某A级车的正面碰撞模型，通过仿真和试验的方法验证其有效性。然后结合能量理论，从乘员的能量传递方式出发，分析各个约束子系统的吸能情况，获得约束系统能量分配曲线。结合正交试验的多组数据，比较优化前后约束系统能量的分配差异，寻找到约束系统能量分配与乘员综合损伤值(WIC)的关系。再分析各个约束子系统的参数，构建参数与约束系统能量分配的关系，从而可调节相关参数，实现约束系统对乘员保护的性能优化。本发明对于提高乘员约束系统保护性能，缩短优化周期具有重要意义。

技术领域

本发明属于汽车安全领域，尤其涉及一种基于能量分析的乘员约束系统优化方法。

背景技术

车辆正面碰撞是交通事故中最常见的碰撞形式。在正碰过程中，乘员约束系统对乘员的保护作用十分显著，对其性能的研究非常有必要。目前，主要以乘员损伤值作为评价依据，对约束系统进行优化。然而，乘员自身存在很多不确定因素，以此来间接地评价约束系统，步骤繁琐而且并不精确。因此可以从能量的角度，分析各个约束子系统的吸能情况，寻找出约束系统能量分配与其对乘员保护之间的关系。根据约束系统参数与其吸能的关系，优化乘员约束系统的性能，使其达到更好的保护效果。

发明内容

针对乘员约束系统常规的优化方法中以乘员损伤值作为评价依据，步骤繁琐并存在不确定性因素，本发明提出一种基于能量分析的乘员约束系统优化方法，旨在更加便捷与精准地优化乘员约束系统，提高其保护性能。

根据本发明的一个方面，提出一种基于能量分析的乘员约束系统优化方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：根据中国汽车技术研究中心2015年版的C-NCAP管理规则，进行车辆正面100％重叠刚性壁障碰撞试验。并在试验过程中测量车辆、约束系统以及乘员的相关曲线。

步骤2：根据车辆正面碰撞试验数据，建立正碰仿真模型。

步骤3：车辆正面碰撞仿真模型的验证。判断与实车碰撞试验是否相符。如果相符则转入步骤4；如果不相符，则转入步骤2。直至符合试验情形，即模型有效。

步骤4：采用常规方式优化车辆正碰模型，在优化过程中获得乘员损伤值，作为第一组数据。

步骤5：按照C-NCAP法规对乘员损伤值的评价以及乘员各部位间的连接关系，将乘员划分为头部、胸部、髋部和腿部四个部分。

步骤6：将汽车正碰仿真模型划分为5个子模型：Hybrid_III_50th假人多刚体模型，汽车车身多刚体模型，安全气囊有限元模型，安全肩带和安全腰带混合模型，汽车座椅有限元模型。根据能量分析理论，在正碰过程中，子模型之间主要产生四种形式的力，即惯性力、阻尼和摩擦力、弹性变形力、外界载荷作用力。由运动学方程的力学平衡可知能量也平衡。因此对应四种形式的能量，即动能、耗散能、内能、外能，依据如下所示的能量公式，计算并输出乘员各部位的能量曲线。

式中，W_Total为总能量；v为碰撞速度，单位为m/s；M为模型质量,单位为kg；a为碰撞加速度，单位为m/s²；C为阻尼系数；K为弹性模量；l为变形量，单位为m；F_ext为外界载荷作用力，单位为N。

步骤7：去除乘员各部位间内部的能量传递，获得各约束子系统的吸能曲线，并得到各约束子系统的吸能峰值，作为第二组数据。

步骤8：分析第一组数据和第二组数据，利用回归模型建立各个约束子系统吸能峰值与乘员损伤值之间的关系，得到关系A。