乘员约束系统仿真模型的建立及参数分析与优化_图文.
PAM-SAFE乘员约束系统与安全性介绍
FRONTAL EURO ODB 分析流程框图
FORD 应用流程模板的收益
NISSAN 应用流程 FMVSS210 流程模板进行分析提高 80%效率
ESI 集团碰撞计算模型库
虚拟原型在车辆开发过程中扮演着日益重要的角色， 物理原型的不断减少， 意味着需要 更准确的计算模型，这包括各种壁障，假人和行人保护等数字模型。面对广大工业客户 ESI 集团提供全系的经过工业验证的碰撞假人，生物人体和壁障模型。 ESI 集团不断与汽车生产商合作开发的新的碰撞壁障模型，同时根据汽车生产商大量的 试验数据来不断验证和改善数字模型。 最新的碰撞壁障模型库包含了一系列现行法规要求的 前撞、侧撞模型：前撞偏置可变形壁障 ODB（R94), NHTSA (FMVSS 214/301), European (Advanced, R95) and IIHS 移动可变形壁障等.此外， 也包含了一些在将来实施的法规所应用到 的碰撞壁障模型：侧撞壁障 AE-MDB，渐变强度可变形壁障 PDB 等。同时 ESI 为用户提供 2 种铝蜂窝结构壁障：高精度的基于壳单元的碰撞壁障和快速的基于实体单元的壁障。 壁障模型库：
汽车侧面碰撞中乘员约束系统的可靠性优化
汽车侧面碰撞中乘员约束系统的可靠性优化肖志;叶映台;李伟平;杨济匡【摘要】Restraint system is very important to the reduction of occupant injury risks in side impact tests. The restraint system model of the car driver side in side impact was built by using MADYMO simulation software. Considering the effect of the yielding force of pelvis energy absorber, airbag triggering time, inflator mass rate and ventilation hole size on dummy injury results, the response surfaces of occupant injury criteria were created and the reliability optimization of the occupant restraint system was carried out on the basis of Monte-Carlo stochastic simulation. The results have shown that the optimized restraint system scheme can meet the reliability design requirements.%在汽车侧面碰撞中,约束系统对降低乘员的伤害起到非常重要的作用.本文采用MADYMO仿真分析软件,建立某车型侧面碰撞的约束系统仿真模型；考虑了髋部推动块的压溃力、气囊起爆时间、气体质量流量和气袋排气孔面积对乘员损伤的影响,建立了乘员损伤指标的响应面模型；基于蒙特卡罗随机模拟,进行了侧面碰撞乘员约束系统的可靠性优化.结果表明,优化后的约束系统设计方案满足可靠性目标要求.【期刊名称】《湖南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2011(038)009【总页数】5页(P39-43)【关键词】侧面碰撞;约束系统;可靠性;优化【作者】肖志;叶映台;李伟平;杨济匡【作者单位】湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室,湖南长沙410082;泛亚汽车技术中心有限公司,上海 201201;湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室,湖南长沙410082;湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室,湖南长沙410082【正文语种】中文【中图分类】U461.91乘员约束系统是汽车碰撞安全性开发的重要组成部分.现在的乘员约束系统优化设计，通常是基于确定性的设计条件和载荷参数条件的，其目的是提高对乘员的保护效果，使损伤风险降到最低水平.然而，在现实世界中，系统特性、载荷和边界条件的离散性是不可忽略的.由于这些输入参数的离散性，造成系统的失效几率较高，这对设计工程师来说是不能接受的.由于汽车乘员约束系统的高度复杂性和非线性，设计方案的可靠性变得非常重要[1－2].一个只是在理想情况下才表现出很好性能的系统是没有意义的.如图1，如果与理想情况很小的偏离（这是在现实世界中无法避免的）会显著地恶化系统的性能，这个系统是非稳健的.可靠性意味着在输入的离散性和性能的离散性之间寻找一个可接受的平衡[3].图1 可靠性系统和非可靠性系统Fig.1 Reliable and unreliable system本文在C－NCAP 50km／h的侧面碰撞乘员约束系统模型中引入了离散性，在此基础上对乘员约束系统进行了可靠性优化，提高了系统的可靠性.1 侧面碰撞约束系统模型的建立采用多刚体动力学分析软件MADYMO建立了侧面碰撞的乘员约束系统仿真模型.该模型包括整车中的一些能直接影响乘员载荷传递的部件.模型主要包括车门、A 柱、B柱、座椅、地板、假人和侧碰胸部气囊等.车门包括内板、内饰板和多刚体的髋部泡沫推动块，模型如图2所示.图2 侧面碰撞乘员约束系统仿真模型Fig.2 Occupant restraint system model in side impact车门内板、A柱、B柱和地板等部件采用有限元方法准确模拟外形，其边界条件通过MADYMO软件中的规定结构运动（PSM）的方法来设定，部件的运动由节点位移来描述，节点位移从整车侧面碰撞有限元分析结果中得出.车门内饰板在与车门连接的部位也使用了PSM方法控制其强制运动[4－5].座椅使用多刚体方法进行模拟，其运动通过给座椅的固定点施加给定运动来进行控制.仿真模型建立之后，对仿真计算结果和碰撞试验结果进行对比，结果如表1所示.从表1可以看到，胸部、腹部和骨盆的伤害指标误差均控制得较好，模型可用于下一步的研究.表1 试验和仿真结果的对比Tab.1 Comparison of test and simulation results 参数试验值仿真值胸部压缩量RDC／mm 39.7 37.2粘性指标／（m·s－1）0.36 0.34腹部力APF／kN 0.40 0.42骨盆力PSPF／kN 3.05 3.232 约束系统的可靠性优化在汽车侧面碰撞中，髋部推动块的压溃力（F）、胸部气囊的起爆时间（T）、气体发生器质量流量（M）和排气孔大小（A）对假人的伤害值有很大的影响，所以被作为设计参数.本文通过对这些参数的优化，提高侧面碰撞的安全性.2.1 优化问题参照FMVSS208中提出的正面碰撞伤害评估值WIC，根据侧面碰撞各项伤害值，提出将侧面碰撞中乘员各项伤害值（多目标）用正则化并加权的方法综合到一起，定义一个侧面碰撞的综合伤害评估值 WIC，定义如下[6]：式中0.3和0.2为伤害指标的加权系数，表明该类型伤害的重要程度.WIC值越低，表明侧面碰撞中乘员的损伤程度越小.RDC为胸部肋骨压缩变形量（mm），VC为胸部粘性指标（m／s），APF为腹部性能指数（kN），PSPF为骨盆性能指数（kN）.侧面碰撞约束系统的确定性优化描述如下.目标：Minimize WIC约束条件：相应的，如果要求系统的可靠性为95%，则侧面碰撞约束系统的可靠性优化可描述如下.目标：Minimize WIC95%约束条件：其中P[RDC＜32mm]是指采用某个设计样本点时，考虑输入变量的随机性，RDC ＜32mm的概率，其他类推.WIC95%表示是指采用某个设计样本点时，考虑输入变量的随机性，WIC随机输出离散点中较小的95%子集的最大值.虽然可靠性目标越接近于100%越好，但由于系统输入变量的随机性较大，本文取95%为可靠性设计目标.2.2 优化过程本研究的可靠性性优化过程包括3个步骤：正交试验设计、数学模型回归拟合和可靠性优化设计.流程如图3所示，首先，通过正交试验设计获得足够的样本点，进行模型的运算；然后基于这些样本拟合输出量和输入量的数学近似模型；最后对该数学模型进行可靠性优化计算[7].为进行试验设计，取各参数的变化范围为：髋部推动块的压溃力2～3kN；气囊起爆时间0.006～0.010s；气体质量流量（与初始模型的比值）0.70～1.30；排气孔面积306.0～408.0mm2.在设计空间内设计变量F，T，M和A各自选取了5个水平，试验设计选择了L25（54）正交试验设计表，如表2所示.表2 试验设计样本值Tab.2 Test matrix and simulation results试验号F／kNMA／mm2T／s VC／（m·s－1）RDC／mm APF／kN PSPF／kN WIC 1 2 0.7 306.0 0.006 0.24 29.10 0.60 2.84 0.421 2 2 0.85 331.5 0.007 0.31 33.60 0.53 2.80 0.470 3 2 1 357.0 0.008 0.35 36.90 0.51 2.81 0.501 4 2 1.15 382.5 0.009 0.44 40.40 0.46 2.79 0.550 5 2 1.3 408.0 0.010 0.50 43.50 0.38 2.75 0.584 6 2.25 0.7 331.5 0.008 0.27 28.60 0.59 2.95 0.432 7 2.25 0.85 357.0 0.009 0.34 32.30 0.50 2.90 0.469 8 2.25 1 382.5 0.010 0.39 36.70 0.48 2.90 0.515 9 2.25 1.15 408.0 0.006 0.49 41.20 0.37 2.89 0.568 10 2.25 1.3 306.0 0.007 0.56 43.90 0.33 2.87 0.603 11 2.5 0.7 357.0 0.010 0.24 26.70 0.54 3.07 0.407 12 2.5 0.85 382.5 0.006 0.32 33.50 0.47 3.02 0.474 13 2.5 1 408.00.007 0.37 38.40 0.47 3.02 0.523 14 2.5 1.15 306.0 0.008 0.52 41.50 0.38 3.01 0.581 15 2.5 1.3 331.5 0.009 0.56 44.00 0.31 2.97 0.605 16 2.75 0.7 382.5 0.007 0.23 27.80 0.53 3.17 0.417 17 2.75 0.85 408.0 0.008 0.31 32.200.45 3.13 0.464 18 2.75 1 306.0 0.009 0.34 37.10 0.43 3.12 0.507 19 2.751.15 331.5 0.010 0.41 40.30 0.38 3.12 0.545 202.75 1.3 357.0 0.006 0.56 44.50 0.293.10 0.613 21 3 0.7 408.0 0.009 0.27 28.40 0.53 3.27 0.437 22 30.85 306.0 0.010 0.31 32.00 0.41 3.25 0.464 23 3 1 331.5 0.006 0.39 36.70 0.41 3.19 0.519 24 3 1.15 357.0 0.007 0.47 40.80 0.31 3.20 0.563 25 3 1.3 382.5 0.008 0.53 43.90 0.26 3.20 0.600使用MADYMO进行了25次计算，得到侧碰假人伤害指标RDC，VC，APF和PSPF的仿真值，如表2所示，试验设计样本值将用于下一步的数学模型回归中. 在本研究中，使用二次多项式响应模型来近似拟合设计变量和侧碰假人损伤指标之间的关系，所获得的数学模型如下：式中各数学模型的决定系数R2和调整决定系数R2adj如表3所示.由决定系数和调整决定系数的数值可以看出，这4个数学模型的拟合精度较高，能够较好地满足预测精度的要求，可以替换约束系统仿真模型用于后续优化设计中.图3 可靠性优化设计的流程图Fig.3 Flow of reliability optimization表3 各数学模型的R2和R2adjTab.3R2andR2adjfor each response surface model %系数RDC VC APF PSPFR299.6 96.6 95.9 99.5R2adj99.4 94.1 94.8 99.3本文采用NSGA－II遗传算法进行可靠性优化设计.非支配排序算法NSGA－II是一种基于快速分类的、采用精英策略的多目标遗传算法.首先，生成初始种群，规模大小为25.对种群进行非支配排序，每个解的适应度就是它的非支配水平.进行双支联赛选择、交叉和变异，生成子代种群.然后，进入NSGA－Ⅱ的主循环，进行优化求解.为进行试验设计，取各参数的变化范围为：髋部推动块的压溃力2～3kN；气囊起爆时间0.006～0.010s；气体质量流量（与初始模型的比值）0.70～1.30；排气孔面积计 .按照文献和实际情况定义了这些参数的随机分布规律，如表4所示[8].表4 输入参数的分布规律Tab.4 Distribution of input parameters参数分布类型标准差髋部推动块的压溃力F正态分布0.15kN气囊起爆时间T正态分布 1ms 气体发生器气流量M正态分布 0.05排气孔大小A正态分布 20mm2每个样本点通过蒙特卡罗抽样提取50个随机样本进行计算，对该设计样本点的可靠性进行评估.可靠性优化设计相当于在确定性优化设计的每一迭代步中进行了一次可靠性评估.3 可靠性优化结果可靠性优化解的计算结果如下：髋部推动块的压溃力F＝2.35kN，气囊起爆时间T ＝0.009s，气体发生器质量流量M＝0.708，排气孔面积A＝316mm2.图4为WIC95%遗传算法计算的迭代收敛过程，在100代时，找到了收敛结果，同时 RDC，VC，APF，PSPF也能满足设定的可靠性要求.图4 WIC95%的收敛过程Fig.4 Convergence process of WIC95%对可靠性优化解的假人损伤输出结果进行分布频率分析，来检查模型的可靠性.输出了胸部压缩量、胸部粘性指标、腹部力、骨盆力和综合伤害指标WIC的柱状分布图，如图5所示.图5 可靠性优化后，各损伤参数的分布图Fig.5 Distribution of injury parameters after reliability optimization从图5可以看到，胸部压缩量RDC的分布范围在18～28mm之间，粘性指标VC 的分布范围在0.22～0.28m／s之间，腹部力 APF在0.50～0.62 kN之间，耻骨力PSPF在2.90～3.20kN之间，WIC在0.35～0.43之间.可见，可靠性优化解的假人损伤参数分布结果在设定的目标范围之内，达到了可靠性设计的要求.4 结论汽车乘员约束系统的设计应该考虑实际碰撞试验时物理参数的离散性，进行基于可靠性的优化，提高碰撞试验的成功率.本文在汽车侧面碰撞乘员约束系统模型中引入了物理参数的离散性，通过正交试验设计、数学模型回归和可靠性优化设计，使乘员约束系统的可靠性满足了设计要求.优化设计之后，胸部压缩量的分布范围在18～28mm之间，粘性指标的分布范围在0.22～0.28m／s之间，腹部力在0.50～0.62kN之间，耻骨力在2.90～3.20kN之间，WIC在0.35～0.43之间，可满足可靠性设计的要求.参考文献[1] ANDREAS Vlahinos，SUBHASH G Kelkar.Designing for six－sigma quality with reliability optimization using CAE[C]／／SAE Paper.2002－01－2017.[2] ZHANG Yu，ZHU Ping，CHEN Guan－long.Lightweight design of automotive front side rail based on robust optimization[J].Thin－Walled Structures，2007，45：670－676.[3] RALF Reuter，JÖRG Hülsmann.Achieving design targets through stochastic simulation[C]／／MADYMO User’s Conference.Paris：2000. [4] YANG Xing－mei，YANG Ji－kuang.Dynamic responses of child occupant in side impact[C]／／The 7th International Forum of Automotive Safety.Changsha：2009：175－183.[5] 张维刚，王祥，刘晖 .基于响应表面法的汽车侧面安全气囊仿真优化[J].江苏大学学报：自然科学版，2009，30（1）：19－22.ZHANG Wei－gang，WANG Xiang，LIU Hui.Optimization of side airbag simulation for vehicle side impact by using response surface method[J].Journal of Jiangsu University：Nature Science Edition，2009，30（1）：19－22.（In Chinese）[6] 杨济匡，吴亚军，张斌.汽车侧面碰撞中头胸部安全气囊的优化研究[J].湖南大学学报：自然科学版，2010，37（1）：23－28.YANG Ji－kuang，WU Ya－jun，ZHANG Bin.Research on the optimization of thorax－head airbag for vehicle side impact[J].Journal of Hunan University：Natural Sciences，2010，37（1）：23－28.（In Chinese）[7] 叶映台.轿车前纵梁耐撞性仿真和结构优化的研究[D].长沙：湖南大学机械与运载工程学院，2010.YE Ying－tai.A study on crashworthiness simulation ofthe frontal longitudinal beam of a passenger car and optimization of the beam structure[D].Changsha：College of Mechanical and Vehicle Engineering，Hunan University，2010.（In Chinese）[8] NELIS Rutjes，EDWIN Van Hassel，RIENDER Happee.E－valuation and improvement of side impact occupant safety using optimization and stochastic analysis [C]／／SAE Paper.2007－01－0365.。
航天员建模仿真系统的设计与研发
摘要随着中国空间站研究的启动，未来航天员在轨时间将大大延长，同时在轨任务将更加多样化，对航天员作业能力提出了更高的要求。
在此背景下，设计和研发了“航天员建模仿真系统”（Astronaut Modeling and Simulation System, AMSS）这一中国首个支持长期飞行下航天员作业能力仿真分析、评估与预测的一体化研究平台。
具体研究和研发工作包括：（1）系统模型体系架构分析。
针对航天体力和脑力作业任务特点以及人-系统整合设计与评估需求，对建模仿真系统的功能进行了分析，对平台的模型体系构架进行了设计规划。
通过分析提出了特性、行为和绩效三个层次的模型体系。
该体系能很好地支持对长期飞行中航天员认知、骨肌特性变化与任务执行中航天员的行为特征进行整合，支持几何虚拟人与可计算的认知模型、生物力学模型和负荷绩效评估模型的有机融合。
（2）生物力学建模仿真。
面向航天任务和环境特征，针对性地开展了长期失重骨骼肌肉力学特性变化规律研究、骨骼肌肉系统数学模型与数值模型构建等研究工作。
在特性层，通过45天-6度头低位卧床实验研究了模拟长期失重后骨肌生物力学特性变化规律；通过人体骨试样密度和力学性能测试，建立了骨骼矿物质密度-弹性模量的关系模型。
对于行为层建模，建立了失重环境下人体运动学和动力学模型；基于模拟失重下肌肉横截面积、体积以及肌电数据，建立肌肉力计算模型；基于受试者全身CT扫描图像数据建立全身骨骼和肌肉力线的几何模型及骨骼三维有限元模型，实现了运动学和动力学参数及肌肉力的可视化显示。
在绩效层，基于关节力和肌肉力分析结果建立了体力负荷和疲劳分析模型。
（3）认知绩效建模仿真。
通过对航天任务的分析，选取手控交会对接任务作为典型认知类航天任务开展认知绩效建模分析。
在特性层，开展了任务的认知需求分析与研究，以及航天飞行环境对任务关键认知特性的影响规律研究；在行为层，开展了典型航天任务感知觉与认知决策模型构建和行为仿真，重点提出了手控交会对接视觉感知模型、选轴决策模型、控制决策模型、手动操作模型等认知与行为模型；在绩效层，开展了认知绩效与作业负荷评估模型构建、认知计算模型与任务仿真环境集成以及模型验证等工作。
基于正交试验设计的乘员约束系统性能优化
＋０ ２％
一０ ２％
一５ ２ ％
＋Ｏ ２％ ＋５ ２ ％
试验结束后需要对试验结果进行分析 ，使用极差分 轮缘刚度及安全带刚度作为设计变量 ，对于其他 ３ 个变 析方法可以简单 、 直观地处理数据 。 极差分析法要求分别 量取其初始设计值 。 设计变量的因素和水平见表 ３ 下面 。 求出各因素具体水平对应的试验指标平均值 ，平均值中 针对选 出的 ４ 个设计变量利用正交试验设计 的方法进行
４
以取得一定的效果 ，但是却不能充分挖掘整个约束 系统 文 选用代 号 为 Ｌ（ 。３）
的潜能。 因此 ， 需要研究各参数与乘员伤害指标之间的关 的正 交 表 ，它 表 示 该 系， 并对整个约束系统进行优化。
表 １ 初始设计表 ． 问题 定 义
６
正 交 表 可 以 有 ４个 因
懈 蝴 脚
㈣ 觚
８ ４７ ９ ０３ ８ ． ２ ． ９ ６ ９ ７ １７ ２ ． ２ ． １ ２７ ２ ． ５ ． ０１ １
８ ． ２１２ ２ ７０ ７ ．
损伤指标
约束范围 参考标准 侧 的 座 位 的 假
确 定 的性 能 指 标 应 满 足 表 ２所 示 要求。
证 流 程 如 图 ２ 。
部 件 验
证
— —
坐垫 、 地板 、 防火墙 、 垫 、 膝 方 向盘 、 安全 带 、 收 器 、 紧 卷 预 器、 限力器 、 全气 囊 安
试验和仿真值分别为 ７ ． ｍ和 ６ ． ｍ。 ２ｍ ６ ６ ｍ 根据 Ｇ １５ — ５ Ｂ１ ５ １ ２ ０ 乘用车正面碰撞 的乘员保护 ＿ 对于处于前排外侧 ０３ ４ ］ ， 座位的假人 ， 头部伤害指标 （ Ｉ ３ ） ≤１０ ， Ｈ Ｃ６应 ０ ０ 胸部压缩
校车座椅乘员约束系统参数优化设计
校车座椅乘员约束系统参数优化设计吕娜;谭卫锋;王亭;唐友名;薛清;易了;陈剑周【摘要】为研究校车两点式约束系统对中学生乘员损伤防护效果,利用显式有限元分析软件LS-DYNA建立某款校车座椅约束系统数值仿真模型.基于国家标准要求,在实测减速度波形加载下,分析模型中假人头部HIC值,胸部3 ms加速度值和大腿轴向压力值,通过优化约束系统参数进一步提升中学生乘员损伤防护效果.结果表明:减小座椅靠背刚度可以改善中学生乘员腿部损伤防护效果;沿X方向后移安全带固定点位置可明显降低中学生乘员胸部损伤;在合理范围内增大安全带织带刚度可明显降低中学生乘员头部和胸部损伤.【期刊名称】《厦门理工学院学报》【年(卷),期】2015(023)003【总页数】5页(P20-24)【关键词】校车;座椅约束系统;正面碰撞;安全带【作者】吕娜;谭卫锋;王亭;唐友名;薛清;易了;陈剑周【作者单位】厦门理工学院机械与汽车工程学院,福建厦门361024;福建省客车及特种车辆研发协同创新中心,福建厦门361024;厦门金龙汽车座椅有限公司,福建厦门361022;厦门理工学院机械与汽车工程学院,福建厦门361024;福建省客车及特种车辆研发协同创新中心,福建厦门361024;厦门金龙汽车座椅有限公司,福建厦门361022;厦门理工学院机械与汽车工程学院,福建厦门361024;福建省客车及特种车辆研发协同创新中心,福建厦门361024;厦门金龙汽车座椅有限公司,福建厦门361022;厦门理工学院机械与汽车工程学院,福建厦门361024;福建省客车及特种车辆研发协同创新中心,福建厦门361024;厦门金龙汽车座椅有限公司,福建厦门361022;厦门理工学院机械与汽车工程学院,福建厦门361024;福建省客车及特种车辆研发协同创新中心,福建厦门361024;厦门金龙汽车座椅有限公司,福建厦门361022【正文语种】中文【中图分类】U270.38近年来，校车安全事故在全国各地频有发生，交通事故已经成为学生伤亡的主要原因之一.为提高校车安全性能，国务院于2012年4月首次颁布并实行了《校车安全管理条例》，并于同年5月发布了《专用校车安全国家标准》，对我国校车的设计制造、使用管理、安全性等方面进行了规范.随着法规的颁布实施，人们对于校车安全的重视度越来越高.由于校车被动安全测试的费用十分昂贵，且受到环境和技术手段等的制约，人们将计算机模拟碰撞仿真技术运用到校车测试上，研究校车的被动安全性能.王良模等研究专用校车在侧翻事故中校车顶棚结构对乘员的保护作用，对校车顶棚结构材料选取提出合理化建议［1］；张扬等建立某校车动态实验仿真模型，并在此基础上对关键承载结构提出了改进方案［2］；马瑞雪等针对某款校车座椅多次试验不合格的情况，采用CAE方法对其进行仿真模拟分析，使得改进后的座椅实验通过标准要求［3］.但是学者们对于校车的研究大多集中在改善校车结构、材料强度方面，对于乘员在碰撞过程中的损伤情况却较少涉及.本文基于现有某款校车座椅模型建立有限元碰撞仿真模型，研究分析座椅靠背刚度、安全带刚度和安全带固定点位置3个参数对中学生乘员损伤情况的影响.校车乘员约束系统分析属于瞬态动力学分析，系统运动方程为式（1）中：M为质量矩阵；C为阻尼矩阵；K为刚度矩阵；F为外力向量列阵；¨X为节点加速度向量；.X为节点速度向量；X为节点位移向量.求解式（1）动力响应值的较为普遍的方法是中心差分法和Newmark法，即分别为显式算法和隐式算法.隐式积分算法不受时间步长大小的限制，因此隐式积分算法能很大限度地节省求解时间.但是对于碰撞分析而言，碰撞发生及其响应的衰减过程是很短暂的，发生在100～200 ms之间，碰撞产生的大的变形会在单位步长内产生过大应变，从而导致方程求解不收敛，分析失败.此时若采用隐式积分算法计算，须进行大量的矩阵积分和求逆矩阵运算而花费更多的时间，所以在碰撞分析中大多采用显示积分算法［4］.对方程（1）进行改写可得到显式动力学基本方程［5］：式（2）中：¨Xn为时间步n时的节点加速度向量；.Xn为时间步n时的节点速度向量；Xn为时间步n时节点的位移向量.由中心差分法算得速度的递推公式为位移递推公式为由此可递推求出各个离散时间点处的位移、速度和加速度.在汽车碰撞过程中，部件与部件之间、部件本身之间以及与障碍物都会发生摩擦接触.这种接触摩擦作用是导致组件变形和失效的主要原因，因此如何准确描述和计算模型对提高碰撞仿真精度和可靠性很重要.接触界面的处理实际上是一个未知边界条件的确定问题，不仅涉及到物理计算，还包含大量的搜索计算，其处理算法的优劣直接影响碰撞仿真计算技术的实用性.LS-DYNA包含40多种接触类型可以比较准确地模拟这种接触摩擦作用［5］.目前校车座椅的产品质量认证大多采用静态测试方法，只满足了校车座椅结构强度要求，没有考虑乘员在碰撞过程中的损伤情况.基于此，本文在现有已经成熟设计的校车座椅基础上，对其进行乘员约束系统分析.2.1 座椅有限元模型将座椅三维模型导入HyperWorks软件中进行几何清理，画网格等前处理，对座椅骨架部分采用shell单元进行网格划分，对靠背、座垫等泡沫件采用实体单元.为节省计算时间，删去了影响较小的后排靠背和前排坐垫组件.2.2 假人模型根据国家标准GB 24406—2012《专用校车学生座椅系统及其车辆固定件的强度》［6］规定，选用HybirdIII第5百分位的女性假人模型来模拟中学生，主要部位有头部、颈部、胸部、腹部、臀部和四肢等共约8 500个节点，8 300个单元，假人各部分质量和转动惯量都符合试验用假人，人体各部位的关节用球形铰链和旋转铰链单元定义，并用非线性的扭矩弹簧Spring和阻尼Damper单元连接来模拟人体各部分之间的弹性，胸部和颈部等关键部位设置成柔性，能在发生碰撞后对假人的受伤情况进行评价［7］.乘员约束系统模型如图1所示.2.3 边界条件的设定乘员在碰撞过程中受到安全带的保护，模型中与人体接触部分采用二维薄壳单元模拟安全带在人体身上的滑动，未与人体接触部分采用1Dseatbelt单元模拟安全带在碰撞过程中的松弛度.对假人施加2个加速度场：一个是垂直向下的重力加速度场，另一个是水平方向上的减速度碰撞波形，该波形是碰撞试验中测得的车辆减速度波形，如图2所示.3.1 仿真结果通过仿真计算得出乘员头部加速度、胸部加速度和腿部的压力曲线，如图3所示.由于参考国家标准GB 24406—2012对模型进行试验，所以选取头部加速度、胸部最大加速度和腿部轴向压力3个值作为乘员损伤的参考标准.根据动画和曲线对比可知，在20 ms时，假人脚部与挡板开始接触，挡板对人体的作用力从脚部传递到腿部，此时假人腿部力值达到一个初始峰值，左右腿的力值分别为4.7 kN和3.0 kN；由于假人脚部受到挡板的限制，假人臀部逐渐不再向前移动，而假人的上半身继续向前运动，在49 ms时，胸部加速度达到最大值34.2g m·s-2；进而在头部与前排座椅靠背接触时，头部加速度达到最大值65.9gm·s-2；随着假人继续向前运动的空间受到限制，臀部开始向后滑动，地板上的挡板对腿部的力值在100 ms时达到最大值，分别为9.7 kN和7.3 kN.根据仿真所得曲线，按照GB 24406—2012中乘员损伤的伤害指标要求，计算假人头部允许指标HIC值、胸部3 ms加速度值和腿部轴向最大压力.仿真计算所得到的损伤值与损伤指标对比如表1所示.由此可知，假人头部HIC值和腿部轴向压力均处于安全标准范围内，胸部3 ms加速度达到了34.2g m·s-2，超出了法规范围.仿真说明碰撞过程中对乘员的胸部造成了很大的伤害，可见该校车座椅虽然通过了国家标准GB 24406—2012中的静态试验，结构强度达到了要求，但是该座椅对乘员的保护方面欠缺，因此需要对校车约束系统进行参数优化，从而减轻碰撞过程中对乘员的伤害.3.2 设计参数对乘员损伤的影响及优化经仿真分析可知，乘员的胸部损伤最为严重，同时由于腿部轴向压力值接近标准值，因此把优化目标定位于降低乘员胸部加速度和腿部轴向压力，并保证乘员头部损伤值在合理范围之内.影响乘员损伤的因素有很多，本文研究座椅靠背刚度、安全带刚度和安全带固定点位置3个设计参数，根据研究结果采取合适的优化方案.3.2.1 座椅靠背刚度的影响选取靠背刚度与原车所配坐垫对应刚度相差±4%，±8%，仿真结果进行正则化后如图4所示.从图4中可以看出，靠背刚度的变化对头部和胸部加速度的影响较小，对腿部损伤有较大的影响.当靠背刚度减少8%和增大8%时，乘员的腿部损伤有改善的趋势，尤其是当靠背刚度降低8%时，乘员腿部最大轴向力降低了50%，而在靠背刚度减少4%和增加4%时，乘员腿部的最大轴向力有增大的趋势.3.2.2 安全带固定点位置的影响由于该款校车座椅采用两点式安全带，本文选取安全带的固定点位置沿 X轴水平移动±5 mm，±10 mm，研究其对乘员损伤的影响.仿真结果进行正则化后如图5所示.固定点位置沿X向偏移0～10 mm时，对乘员胸部和腿部损伤没有太大影响，但是对乘员头部HIC值呈增大的趋势；当安全带固定点位置沿X向偏移-5～0mm时，对乘员损伤的均没有很大变化；当安全带固定点位置沿X向偏移-10～0 mm时，胸部加速度值明显下降，而头部HIC值和腿部轴向压力没有明显变化. 3.2.3 安全带刚度的影响根据GB 14166—2013［8］规定，安全带受力11 080 N时的相对伸长率即为安全带织带刚度.而实际生产过程中，一般纸袋刚度在5%～23%范围内变化.本文选取的仿真计算的安全带织带刚度与原车相差±4%，±8%，将仿真结果正则化后如图6所示.由图6可知，安全带织带伸长率在-4%～0%内变化时，随着伸长率的增加，头部损伤HIC值降低，胸部最大加速度和腿部轴向力显著减小；织带伸长率在0%～4%范围内变化是，随着安全带织带伸长率的增加，胸部最大加速度和头部HIC值降低，腿部轴向压力增大.通过研究座椅靠背刚度、安全带固定点位置和安全带刚度3个因素对校车乘员约束系统的影响可得到以下3点结论：1）当靠背刚度减小时，靠背海绵变得更软，碰撞过程中产生的能量较多的被靠背海绵吸收，因此，减小靠背刚度，使乘员胸部和腿部损伤都有改善的效果，其中腿部改善效果较为明显.2）当安全带位置沿X向向后移动时，安全带与水平面之间的夹角减小，施加在乘员身上的力增加，即安全带对乘员的约束作用得到改善，使碰撞过程中乘员的胸部加速度明显降低.3）安全带织带刚度在一定范围内增大（伸长率减小）时，人体能较好地约束在坐椅上，避免或减轻了假人头部、腿部与前排座椅的撞击；而安全带织带刚度在一定范围内减小（伸长率增大）时，人体未得到较好地约束，加剧了腿部与前排座椅的撞击.而具体针对该款校车座椅的约束系统，单一改变某一因素，对乘员的胸部加速度和腿部轴向压力这2个损伤值并没有很好的改善，需要对多个因素同时进行调节，才能达到损伤标准的要求.【相关文献】［1］王良模，陈东益，袁刘，等.某专用校车顶部安全性能仿真与改进［J］.南京理工大学学报：自然科学版，2012，12（36）：1031-1035.［2］张杨，赵幼平，谢庆喜，等.依照校车被动安全性的新标准的仿真及试验［J］.汽车安全与节能学报，2013（4）：257-265.［3］马瑞雪，王欣，覃祯员，等.专用小学生校车座椅的CAE仿真分析及试验验证［J］.客车技术与研究，2012，2（5）：5-7.［4］张三川，王家岭，李霞.基于ANSYS/LS-DYNA的校车后防撞钢梁碰撞安全性能研究［J］.郑州大学学报：工学版，2013，3（34）：112-115.［5］WU J，SONG Guo-shu，YEH Chao-pin，et a1.Drop/Impact simulation and test validation of telccommumcation products［J］.Inter Society Conference on Thermal Phenomena，1998：330-336.［6］中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB 24406—2012专用校车学生座椅系统及其车辆固定件的强度［S］.北京：中国标准出版社，2012.［7］韩双庆，王成龙.商务车正面碰撞有限元分析［J］.计算机辅助工程，2006（16）：144-147.［8］中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB 14166—2013机动车乘员用安全带、约束系统、儿童约束系统、ISOFIX儿童约束系统［S］.北京：中国标准出版社，2013.。
汽车乘员约束系统快速求解与评价程序开发应用
汽车乘员约束系统快速求解与评价程序开发应用随着汽车安全意识的不断提高和法规的不断强化，汽车乘员约束系统的研发和应用逐渐成为汽车行业的热点。
汽车乘员约束系统包括安全带、气囊等多种装置，可以保护乘员在车辆碰撞时受到的伤害，故其质量的优劣直接关系到乘员安全。
传统的汽车乘员约束系统设计需要通过试验等方法来验证其可靠性和安全性，但这种方法费时费力，成本较高。
近年来，由于计算机技术的不断发展，利用计算机建立乘员约束系统的数值模型进行快速求解和评价成为了一种有效的方法。
乘员约束系统的数值模型一般基于有限元方法，可以将系统看作由多个有限元单元组成的复杂结构体系。
在数值模型中，可以考虑多种影响因素，如车辆的速度、质量、碰撞类型等。
使用数值模型可以快速计算出系统在各种情况下的性能指标，如乘员受力情况、气囊膨胀时间、安全带的耐久性等等。
为了实现乘员约束系统的快速求解和评价，需要开发一款相应的程序。
该程序需要包括以下几个模块：1.数据输入模块：该模块用于将车辆信息、碰撞信息等输入到程序中，以便后续的计算和分析。
2.预处理模块：该模块用于对输入数据进行预处理，包括对车辆和环境的建模、构建有限元模型、设置仿真参数等。
3.数值求解模块：该模块是程序的核心部分，主要通过有限元方法进行计算求解，包括求解乘员受力情况、气囊、安全带等约束装置的运行情况。
4.后处理模块：该模块用于对求解结果进行分析和评价，包括对乘员受力情况的评估、气囊和安全带等约束装置的优化设计等。
开发该程序需要掌握较强的计算机科学、工程力学等方面的知识。
同时，要注意程序的精度和效率，尽可能减少计算时间和空间开销。
该程序应用广泛，可以用于乘员约束系统的设计、改进和优化。
例如，可以通过该程序评估不同车速下乘员约束系统的安全性和可靠性，指导设计者进行系统的优化；还可以对不同型号、不同品牌的汽车进行比较评估，为消费者提供更准确的安全选择。
总之，乘员约束系统快速求解与评价程序的开发应用是一项重要的工程技术，有助于提高乘员安全性，推动汽车行业技术的发展和进步。
最新汽车乘员约束系统的参数分析及仿真研究概要
汽车乘员约束系统的参数分析及仿真研究概要收稿日期:2008-03-24汽车乘员约束系统的参数分析及仿真研究陶海龙刘岩(上海大众汽车有限公司【摘要】应用MADY MO 软件建立汽车乘员约束系统的仿真模型,分析了安全带系统和座垫刚度特性对汽车乘员碰撞响应的影响,仿真结果经试验得到验证。
最后通过对约束系统进行参数相关性分析和仿真研究,得到了对汽车乘员约束系统开发有指导性的结论。
【主题词】仿真模型约束系统汽车0引言本文利用MADY MO 软件对约束系统的参数进行研究。
MADY MO 软件是由荷兰T NO 道路车辆研究所开发的,现在已广泛应用于汽车碰撞时乘员约束系统的分析和设计。
该软件是多体系统和瞬态显式有限元一体化的商品化软件,多体系统主要用于模拟整体响应(如碰撞假人、汽车悬架、机械系统等,有限元用于模拟结构大变形(如气囊、安全带、碰撞假人局部结构、汽车车身结构部件等,如图1所示。
图1MADY MO 软件的结构示意图1仿真模型的建立及试验验证111模型建立使用MADY MO 软件建立仿真模型时,主要考虑下列几部分的内容。
(1假人仿真模型中的假人为PART572D (Hybrid Ⅱ假人。
模型由13个刚体组成,即:下躯干、脊椎、上躯干、颈部、头部、左上臂、左下臂、右上臂、右下臂、左大腿、右大腿、左小腿、右小腿。
整个假人一共使用了16个椭球,即:下躯干、脊椎、上躯干、肩部、颈部、头部、左上臂、左下臂、右上臂、右下臂、左大腿、左小腿、左脚、右大腿、右小腿、右脚,这些椭球分属于上述的不同刚体;所有的椭球都具有一定质量和尺寸,其基本的几何和力学参数从MADY MO 数据库中提取。
假人的初始位置和方位则可以通过修改骨盆的质心位置进行调整。
(2安全带模型的具体结构描述如下:・其中与假人表面发生接触作用的部分采用有限元建模。
使用的单元为三点式膜单元,材料为迟滞材料类型。
单元网格在ANSYS 上划分,一共有60个单元,51个节点,单元的真实坐标可以通过一个预模拟获得;所有的单元具有相同的几何尺寸厚度。
面向C—NCAP的正面乘员约束系统优化设计
面向C—NCAP的正面乘员约束系统优化设计为了提高汽车行驶中乘员的安全性和舒适性，在C-NCAP测试中，正面乘员约束系统是至关重要的一项测试指标。
针对当前市场上正面乘员约束系统存在的问题，本文提出了几项优化设计方案。
首先，可以采用先进的安全气囊技术。
传统的安全气囊仅起到缓冲的作用，无法对乘员的头部和颈部进行有效的保护。
而采用先进的安全气囊技术，如多级气囊系统和预充气式气囊系统，可以根据不同碰撞情况提供更加精细的保护，特别是针对乘员的头部和颈部提供更加完善的保护。
其次，可以加强车身结构的刚性和安全性。
强化车身结构的刚性和安全性，可以最大程度地减少碰撞时乘员的受伤风险。
采用高强度钢材制造车身，增加横梁和纵梁的数量和截面积，以及加强车门和座椅的固定装置等设计，都可以有效地提高车身结构的刚性和安全性。
第三，可以采用智能安全系统。
智能安全系统是当今智能科技不断发展下的产物。
通过传感器、控制器、通信网络等组件的整合，智能安全系统可以实时监控车辆的运行状况、驾驶员的状态等信息，并在发现安全隐患时及时发出警报，并及时启动约束系统来保护乘员的安全。
最后，应考虑优化座椅设计。
座椅是乘员的最直接的接触点，是约束系统的重点部位。
本文建议，可以从以下几个方面来优化座椅设计：一是通过调节座椅的高度和倾斜角度，使乘员在坐下时能够接触到约束系统，从而提高其约束效果；二是加装相应的耳朵支撑和头枕，以避免发生头颈扭曲等意外伤害。
综上所述，针对当前市场上正面乘员约束系统存在的问题，本文提出了几项优化设计方案，包括先进的安全气囊技术的应用、加强车身结构的刚性和安全性、采用智能安全系统和优化座椅设计等方面。
相信这些优化设计方案可以有效提高汽车行驶中乘员的安全性和舒适性，也能有效地帮助汽车厂商通过C-NCAP测试。
除了上述优化设计方案，还可以从以下几个方面来进一步完善正面乘员约束系统。
一是加强对儿童安全的保护。
儿童因为身体结构的特殊性，对于汽车的安全要求有所不同。
基于SV—2的汽车乘员约束系统仿真模型可信度验证系统
基于SV—2的汽车乘员约束系统仿真模型可信度验证系统作者：赖宇阳方立桥来源：《计算机辅助工程》2018年第01期摘要：针对汽车乘员约束系统仿真模型的可信度验证需要大量重复的数据处理和结果分析的问题，基于可信度验证系统（system of verification and validation， SV-2），将100%正碰、40%偏置碰和侧碰工况的分析流程固化，开发汽车乘员约束系统仿真模型可信度验证系统。
对100%正碰工况进行试验验证，结果表明：新开发的仿真模型可信度验证系统对模型可信度验证能够提高90%的工作效率，自动生成分析报告，为仿真工程师提供模型改善建议。
关键词：可信度；验证；乘员约束系统；复杂性测度中图分类号：U461.91文献标志码：B文章编号：1006-0871（2018）01-0022-06Abstract： As to the issue that there are large quantity of repeated data process and result analysis in the credibility verification process of vehicle occupant restraint system， a credibility verification system for simulation model of vehicle occupant restraint system is developed based on SV-2. The analysis processes are set fixed at the system， such as 100% frontal impact， 40% offset impact， and side impact. The test verification on 100% frontal impact is carried out. The results show that the work efficiency of the model reliability validation is increased by 90% using the new credibility verification system for simulation model. The new system can generate analysis report automatically， which can provide model improvement suggestion to the simulation engineer.Key words： credibility； verification； occupant restraint system； complexity measure0 引言近20年来，汽车乘员约束系统仿真研究取得惊人成就，该技术已经成为汽车研发必不可少的手段，其可信度直接影响车辆安全性设计。
汽车乘员约束系统的参数分析及仿真研究概要
收稿日期:2008-03-24汽车乘员约束系统的参数分析及仿真研究陶海龙刘岩(上海大众汽车有限公司【摘要】应用MADY MO 软件建立汽车乘员约束系统的仿真模型,分析了安全带系统和座垫刚度特性对汽车乘员碰撞响应的影响,仿真结果经试验得到验证。
最后通过对约束系统进行参数相关性分析和仿真研究,得到了对汽车乘员约束系统开发有指导性的结论。
【主题词】仿真模型约束系统汽车0引言本文利用MADY MO 软件对约束系统的参数进行研究。
MADY MO 软件是由荷兰T NO 道路车辆研究所开发的,现在已广泛应用于汽车碰撞时乘员约束系统的分析和设计。
该软件是多体系统和瞬态显式有限元一体化的商品化软件,多体系统主要用于模拟整体响应(如碰撞假人、汽车悬架、机械系统等,有限元用于模拟结构大变形(如气囊、安全带、碰撞假人局部结构、汽车车身结构部件等,如图1所示。
图1MADY MO 软件的结构示意图1仿真模型的建立及试验验证111模型建立使用MADY MO 软件建立仿真模型时,主要考虑下列几部分的内容。
(1假人仿真模型中的假人为PART572D (Hybrid Ⅱ假人。
模型由13个刚体组成,即:下躯干、脊椎、上躯干、颈部、头部、左上臂、左下臂、右上臂、右下臂、左大腿、右大腿、左小腿、右小腿。
整个假人一共使用了16个椭球,即:下躯干、脊椎、上躯干、肩部、颈部、头部、左上臂、左下臂、右上臂、右下臂、左大腿、左小腿、左脚、右大腿、右小腿、右脚,这些椭球分属于上述的不同刚体;所有的椭球都具有一定质量和尺寸,其基本的几何和力学参数从MADY MO 数据库中提取。
假人的初始位置和方位则可以通过修改骨盆的质心位置进行调整。
(2安全带模型的具体结构描述如下:・其中与假人表面发生接触作用的部分采用有限元建模。
使用的单元为三点式膜单元,材料为迟滞材料类型。
单元网格在ANSYS 上划分,一共有60个单元,51个节点,单元的真实坐标可以通过一个预模拟获得;所有的单元具有相同的几何尺寸厚度。
考虑多种工况的乘员约束系统可靠性优化设计
考虑多种工况的乘员约束系统可靠性优化设计周鸣昊;李傲;谷先广【摘要】在车辆发生碰撞时,乘员约束系统对乘员有重要的保护作用,而现有的相关研究大多只针对单一工况,应对乘员保护要求已有明显的局限性.为了提高乘员约束系统的保护功能,文章综合考虑了中国新车评价规程2种正面碰撞工况,结合试验设计、多种近似模型、多目标优化算法和可靠性优化方法,对乘员约束系统参数进行优化.在优化之前,对约束系统模型进行了实验验证;之后对约束系统参数进行了可靠性优化设计,并对优化结果进行MADYMO仿真验证.优化后的约束系统与原设计相比,明显提高了2种工况下的乘员保护功能,为乘员约束系统的设计提供了一定的参考.【期刊名称】《合肥工业大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2019(042)007【总页数】7页(P888-894)【关键词】乘员约束系统;多种近似模型;多目标优化算法;可靠性优化;多种工况【作者】周鸣昊;李傲;谷先广【作者单位】合肥工业大学汽车与交通工程学院,安徽合肥 230009;合肥工业大学汽车与交通工程学院,安徽合肥 230009;合肥工业大学汽车与交通工程学院,安徽合肥 230009【正文语种】中文【中图分类】U461.91在汽车发生碰撞时,乘员约束系统作为汽车安全体系的重要部分,可以为乘员提供有效保护。
然而,现有的研究中,国内外学者研究方向主要是单一碰撞工况下的乘员安全性研究[1-5]。
文献[6]虽然针对美国FMVSS208 法规所要求的正面碰撞的4种工况,对乘员约束系统进行了多工况优化,但是提出的试验设计优化方法效率不高;而且实际交通事故有很多正面的碰撞形式,该文并没有针对多种类型碰撞工况进行分析。
目前,MADYMO仿真工具与优化算法相结合是约束系统优化的主要方法。
然而,优化设计是一个反复迭代的过程,在优化过程中可能需要调用上千次MADYMO模型的计算结果,这样会花费大量的计算资源和时间。
采用近似模型替代MADYMO计算是解决上述问题的有效方法[7]。
基于MADYMO儿童乘员约束系统参数优化仿真研究
１
０． １
ＯＩ ２
２
Ｏ． ３
Ｏ． ５
３
０． ６
０． ８
Ｃ
Ｄ
Ｏ ． ５
０ ． ５
２． Ｏ
１ ． Ｏ
５． ０
２． Ｏ
１ 儿 童 约束 系 统 仿 真 模 型 的 建 立
在 ＭＡＤＹＭ ０ 中 建 立 汽 车 正
２ ． ２
利 用 正 交 实 验 法得 到 正 交 试 验 表
中图 分 类 号 ： Ｔ Ｈ１ ２ ２ ； Ｕ ４ ６ １ ． ９ １
文献标识码 ： Ａ
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ａ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｉ ｓ ｃ ｏ ｍｐ ｌ ｅ ｔ ｅ ｄ ｏ ｎ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｔ ｒ ａ ｉ ｎ ｅ ｄ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｆ ｏ ｒ ｃ ｈ ｉ ｌ ｄ ｏ ｃ ｃ ｕ ｐ ａ ｎ ｔ ｓ ｉ ｎ ｃ ａ ｓ ｅ
Ａ
曰
儿 童乘 员 ， 在 整 个 受 伤 的 儿 童 中 占 的 比例 很 高 。 因此 正 确 使 用 儿 童 安 全 座 椅 是 有 效 防 止 交 通 事 故 中 造 成 儿 童 意＃ １ － ／ ￣害 的重 要 且 简 单 可 行 的 方 法 之 一 ｎ Ｅ ２ ］ 。随 着 计 算 机 仿 真 技 术 的 不 断 发 展 ，汽 车 碰 撞 仿 真 被 普 遍 运 用 到 汽车 安全 设计 研 究 中 ， 相 比实车 碰撞 实 验 ， 碰 撞 仿 真 具 有 周期 短 、 费 用低 等优 势 。 本 文 对 儿 童 乘 员 约 束 系 统 参 数 进行 了优化 仿 真研 究 。
MADYMO在乘员安全约束系统优化中的运用
FRONTIER DISCUSSION I前沿探讨MADYMO在乘员安全约束系统优化中的运用马燕上汽通用五菱汽车股份有限公司广西柳州市545007摘要：本文介绍了乘员安全约束系统开发方面的国内外研究现状。
建立了一个M A D Y M O正碰模型，该模型包含多刚体+有限元安全带、车体等，通过这个模型介绍了M A D Y M O建模的一般流程，包括车体的建模、假人定位、接触定义等。
并比较了不同约束系统方案在该模型中的模拟计算。
关键词：M A D Y M O;约束系统；正碰模型；模拟1引言进入21世纪以来，我国进入了经济高速 发展的阶段，人民的生活水平得到了极大提高。
而汽车也作为一种普通商品，走入了千家万户，给人们的生活带来了诸多方便。
但快速增加的 车辆，也导致交通事故数量的急剧上升，对人 民的生命财产造成了极大的损失[1、2]。
2国内外汽车安全性研究现状汽车安全性研究主要分为主动安全性和被 动安全性两个大方向。
主动安全性是指汽车避 免发生意外事故的能力，主要是在行驶过程中，车辆处于紧急转弯等危险工况时，避免车辆失 去稳定，避免发生碰撞事故的发生。
被动安全 性是指汽车在发生碰撞事故时，有效约束车内 乘员使其避免受伤或伤害程度降到最低，以及 对车外行人进行有效保护的能力。
目前，国内 外对被动安全性研究主要是车身结构抗撞性、碰撞生物力学和乘员安全约束系统三方面[3]。
3 MADYMO 建模MADYMO正碰模型由车体模型、乘员和 约束系统等构成。
3.1车体模型以某车型的驾驶舱数据为例，建立车体模型。
车体模型的原点设置在整车模型的原点，其他部件可根据此原点精确定位。
也可运用车体的FE模型进行MADYMO的建模。
采用运动铰对车体的多刚体部件进行连接，这些运动铰应该定义在车体可能发生变形的部位。
这些运动铰类型的定义，可根据部件之间可能发生的相对运动来判断。
座椅模型的接触特性直接影响假人髋部的运动，一般根据零部件试验获得座垫，座盆的刚度、摩擦系数等参数。
正面碰撞中的乘员约束系统仿真分析与验证
正面碰撞中的乘员约束系统仿真分析与验证作者：来源：《汽车与安全》2014年第02期摘要：本文通过对某华晨汽车自主开发车型进行正面碰撞仿真分析，考察乘员在佩带三点式安全带条件下的运动响应和伤害情况。
为减少车体变形对约束系统的影响，在车身结构试验与仿真对标的模型基础上进行乘员约束系统对标。
从车身的变形形态、乘员的运动响应、假人伤害值等几个方面综合评价乘员保护的碰撞安全性能，通过约束系统良好的对标表现，分析出对正面碰撞乘员约束系统的影响因素。
经过验证表明，采用有限元的乘员约束系统碰撞仿真分析方法能较真实地反映出试验碰撞的状况和结果，具有实际工程应用价值，可用于后期的优化工作。
关键词：有限元方法；正面碰撞；乘员约束系统；对标；影响因素1 引言汽车被动安全性研究中最直接的方法是进行实车碰撞试验。
但实车碰撞试验费用昂贵、周期长、重复性差，不利于车型开发的成本和质量控制。
运用计算机仿真分析模拟整车碰撞过程，不仅可以弥补上述缺陷，并且能够在设计过程中、样车完成前预测和优化车辆的碰撞安全性能，指导汽车结构设计开发。
20世纪80年代后期，车辆碰撞的计算机模拟在汽车技术发达国家开始兴起，基于高性能计算机的出现及碰撞理论、材料理论、有限元理论、多刚体动力学系统等理论的发展完善而迅速发展。
国内的车辆碰撞计算机模拟研究始于90年代中期。
近 30年来，整车及乘员约束子系统在碰撞条件下的CAE仿真分析取得很多成就。
其中前10年是建模方法和基本应用，而后17年是更广泛的应用和更复杂的分析。
后17年的不足之处：①精度的提高有限，一些难题很少有进展；②基本上仍然是验证性的实践；③还很难做到预测计算[1-2]。
传统上，正面碰撞的模拟已进行使用了多体参数动力学软件。
但在这个过程中，多体不能完全被预测，要依赖于试验来调试CAE模型。
它是用于目标设置，碰撞后的调试，以及快速连续的比较。
近些年，可预测有限元模拟软件已成为一个不可或缺的工具，它是基于详细的几何和材料属性零部件和系统的开发。
轿车乘员约束系统的试验验证及参数优化
轿车乘员约束系统的试验验证及参数优化张学荣1 刘学军2 苏清祖11.江苏大学,镇江,2120132.天欧汽车中国有限公司,上海,200120摘要:应用MAD YMO 模型进行虚拟试验或数值仿真是乘员约束系统开发流程中重要的方式。
为得到可靠的计算结果,必需遵循规范的验证流程。
详细介绍了MAD YMO 正面碰撞约束系统的建立和试验验证的流程。
基于验证模型,进行了试验设计、参数灵敏度分析、响应面模型分析以及优化设计。
优化设计结果使乘员受重伤的概率下降412%。
在实际的工程应用中,利用MAD YMO 模拟可有效匹配约束系统的设计参数,达到稳健可靠的乘员保护效果。
关键词:正面碰撞;约束系统;验证;优化中图分类号:U461 文章编号:1004—132X (2008)10—1254—04T esting V alidation and P arameter Optimization in Occupant R estraint System DevelopmentZhang Xuerong 1 Liu Xuejun 2 Su Qingzu 11.Jiangsu U niversity ,Zhenjiang ,Jiangsu ,2120132.TNO Automotive China ,Shanghai ,200120Abstract :Virt ual testing or mat hematical simulation using MAD YMO becomes a vital tool for oc 2cupant restraint system develop ment.To obtain p redictive crash simulations ,it is very important to validate a MAD YMO model according to app rop riate processes.Guidelines and considerations for f rontal impact rest raint system modeling and validation were described in detail herein.Based on t he validated model ,design of experiment s (DO E ),parameter sensitivity analysis ,response surface mod 2el (RSM )and optimization were performed.The probability of serious injury decreases by 412%.In engineering applications ,MAD YMO simulation is efficient way to develop robust and reliable re 2straint systems.K ey w ords :f rontal impact ;rest raint system ;validation ;optimization收稿日期:2006—11—13 修回日期:2008—02—220 引言在乘员约束系统开发中,MAD YMO 模拟仿真是重要的设计分析手段,可用于预测不同设计方案对乘员的保护效果,显著减少物理试验次数,提高约束系统在不同载荷工况下的稳健性。