基于MADYMO正面碰撞建模分析

基于MADYMO正面碰撞建模分析
摘要：本文利用MADYMO建立车体假人模型并赋予相应参数，模拟车辆正面
碰撞发生过程，将乘员损伤加速度曲线与实车试验进行对比验证后，仿真结果与
实际碰验结果趋势基本保持一致，证实该模型可靠性，可以为后续研究正面碰撞
减速波形优化及约束系统优化提供参考依据。

关键词：碰撞 MADYMO 建模仿真
前言
早期的汽车被动安全研究主要是通过真实车辆碰撞试验为研究。

实车试验虽
然精准度高，但需要耗费大量资金，而且研究周期长。

随着现代仿真技术发展，
采用MADYMO对碰撞过程模拟使得对约束系统的研究更为高效便捷[1]。

通过仿真
可以减少实际试验量，降低研究费用和周期。

MADYMO 是被动安全研究中常用的CAE 软件，其由荷兰的 TNO 汽车安全学会（TASS）于 1975 年开发，是一个世
界范围内的乘员安全分析软件[2]。

在汽车安全约束系统中，三点式安全带约束对胸腔和腹部提供可靠保护早已
被证实，正确佩戴安全带可以有效减少伤害和死亡。

在碰撞系统安全开发过程中，实车试验往往耗费巨额费用，在调试阶段利用模拟仿真软件可以为我们提供有效
的参考价值。

MADYMO软件是目前最著名的汽车碰撞模拟仿真应用，其在正面碰撞
约束系统安全分析领域具有高效可靠的性能。

车辆碰撞过程中，主要起防护作用
是乘员约束系统。

乘员保护装置，包括座椅、安全带、安全气囊、转向柱与方向盘，车体内饰等[3]。

碰撞发生时首先发生作用的是安全带，安全带配备预紧器，能及时收缩多余织带。

安全带约束胸部和腹部。

当车速升高达到50km/h时发生
碰撞这时安全气囊就会弹出，阻止头部与车体内饰结构产生二次撞击[4]。

文献［5］经过目标设定、设计开发、实车优化和验证试验，验证某车型正面碰撞性
能达到了C-NCAP５星的开发目标。

1．碰撞假人-驾驶室模型的建立
以某乘用车车体结构为研究基础，采用多体动力学软件MADYMO进行实车建模。

该模型包括座椅、安全带、安全气囊、转向管柱等约束系统装置，放置了HybridIII第50百分位多刚体假人模型如下图1。

其中主驾驶室包含前挡风玻璃防火墙、仪表板、地板、加速踏板、转向系统、乘员座椅等零构件。

乘员约束系统模型包含三点式安全带（BELT）和主驾驶乘员
侧安全气囊 (DAB)、等构件。

其中多刚体安全带被赋予刚度特性；其安全带的力
-相对延伸率曲线如图2所示。

安全带预紧器预紧力-卷收量曲线如图3。

安全气
囊一般由供应商配置，对应一定的气体质量流率，其配置如下图4。

车体以及约束系统都依照驾驶舱总布置的几何参数建立;建立好的正面碰撞模型
如图5所示。

图1.HybridIII第50百分位多刚体假人模型
图2.安全带的力-相对延伸率曲线图3.预紧器预紧力-卷收量曲线图图4.气体质量流率-充气时间曲线图5碰撞假人-驾驶室模型
2．正面碰撞模型损伤指标验证
以汽车碰撞减速波形作为该模型的加速度场，模拟碰撞时整车的减速环境，给定车体初速度并定义输出损伤进行仿真。

正面碰撞模型验证遵循“从上到下”的原则本文选取头部、胸部、髋部X方向（正面）减速度历程曲线验证。

损伤对比图如下图6、7、8，仿真与实验所得损伤值基本一致。

图6头部X方向加速度曲线图7胸部X方向加速度曲线图8髋部X方向加速度曲线
3.结论
本文基于MADYMO建立正面碰撞模型，对安全带、预紧器、安全气囊、等重要部件进行参数赋予。

以此模型为基础施加减速度波形及初速度进行模拟仿真。

仿真结果表面，头部、胸部、髋部加速度与实际碰验损伤趋势基本保持一致，证实该模型可靠性，为后续研究正面碰撞减速波形优化及约束系统优化提供参考依据。

参考文献
[1]邱少波汽车碰撞安全工程[M] 北京理工大学出版社北京2016.1
[2]任伟力，李晓萌，高卫民. MADYMO 软件在汽车安全性分析中的应
用. 上海汽车. 1999.
[3]张学荣，刘学军，陈晓东. 正面碰撞安全带约束系统开发与试验验证. 汽车
工程,2007.29(12):1055-1058.
[4]杨志刚,叶平,马美林,等.乘用车后碰撞安全模拟与结构设计研究
[J]. 汽车工程, 2008, 30(11):972-974.
[5]黄强,向保才,李润晗,周俊,丁玲,王星磊,郭刚,黄颖,钮嘉颖,夏卫群,李建功,李三红. 基于C-NCAP目标的正面碰撞乘员保护性能开发[C]//.2021中国汽车工程学会年会论文集（4）.,2021:491-496.。