基於碰撞力學的汽車被動安全系統概念設計方法研究

《基於碰撞力學的汽車被動安全系統概念設計方法研究》是依託吉林大學，由張君媛擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於碰撞力學的汽車被動安全系統概念設計方法研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：張君媛
• 依託單位：吉林大學

項目摘要

汽車碰撞是一個瞬態、非線性、大變形的複雜力學過程，汽車碰撞安全系統的概念設計方法是實現整車被動安全性正向設計和自主開發的核心技術。 本項目依據車體與乘員的碰撞力學原理，開展整車和乘員約束系統碰撞動力學特性和概念設計方法研究，探討概念設計階段車體和乘員約束系統碰撞能量管理、碰撞波形目標的確定與波形目標的分解方法；研究乘員約束系統和整車碰撞特性的耦合關係，提出車體和乘員回響特性的理想匹配關係及其保證措施，同時給出概念設計階段乘員約束系統理想非線性特性曲線的設計方法。通過對上述汽車碰撞安全系統概念設計關鍵問題的研究，尋求汽車碰撞系統中各子系統與乘員回響之間的力學聯繫及數學表達，提出汽車碰撞安全系統概念設計的基本依據和具體方法。項目擬將概念設計方法套用於某國產開發車型的整車碰撞安全系統開發，並建立整車碰撞安全系統的詳細計算機仿真模型，計算車體與乘員傷害回響，驗證概念設計的有效性。

結題摘要

汽車碰撞是一個瞬態、非線性、大變形的複雜力學過程，汽車碰撞安全系統的概念設計方法是實現整車被動安全性正向設計和自主開發的核心技術。本項目從碰撞力學基本原理出發，以“車體-乘員”單自由度解析模型為基礎，通過車體、乘員和乘員約束系統之間的力學關係建立起乘員回響與整車（包括車體結構和約束系統）設計參數之間的快速求解，研究乘員約束系統和整車碰撞特性的耦合關係，最終實現概念設計階段的整車抗撞性的目標制定和目標分解。 項目推導了“車體-乘員”單自由度模型任意正矢波輸入下的乘員回響表達式，分析了約束系統剛度在較大範圍內（極限）變化時對乘員回響及Ride-down效率的影響，從而確定約束剛度的最佳設計區間和曲線形狀，為約束系統的性能設計提供參考。 利用單自由度模型疊代算法，項目以雙梯形波作為輸入，以三線性約束剛度作為系統特性，實現了乘員加速度回響的求解，建立了回響面。在此基礎上，建立了整車設計參數和乘員加速度峰值的回歸方程，提出兩個剛度值及其耦合關係的評價方法，並最終與碰撞星級聯繫起來。該耦合評價方法可以確定車體和約束系統特性的理想匹配關係及其保證措施，同時給出概念設計階段乘員約束系統理想特性曲線的設計方法。 項目提出一種概念設計階段雙台階波的設計方法，進一步將雙台階波再細化為雙梯形波以體現目標波形與結構參數的關聯。在此基礎上，以某車型為實例進行能量分解，以獲得主要吸能子結構的抗撞性目標，再以各子結構的變形方式為依據，根據吸能量與壓潰子結構的壓潰力以及彎曲子結構的彎曲力矩之間的關係，將子結構的吸能量目標轉化為壓潰力及彎曲力矩目標。 項目還分別研究了碰撞波形分別為矩形和雙台階波形時梯形約束剛度的設計方法，並採用圖解法進一步將約束剛度分解為約束子系統的性能設計目標，最終對應到約束系統的主要參數設計中。項目提出的概念設計方法可以在抗撞性設計初期，還沒有詳細3D數模的情況下，對車體前端結構吸能量和乘員約束系統特性進行合理預估，實現對前端子結構吸能設計和約束系統零部件設計的指導。