汽车碰撞模拟分析流程

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汽车碰撞分析流程Flow Chart of Auto Impact Analysis

Prepared By 史志远

Date: Nov.1, 2004

汽车碰撞模拟分析流程

一、碰撞安全性试验介绍：

在汽车模拟分析的过程中，提高汽车碰撞安全性的目的是在汽车发生碰撞时确保乘员生存空间、缓和冲击、防止发生火灾等等。但是从碰撞事故分析中可知，汽车碰撞事故的形态也千差万别，所以对汽车碰撞安全性能的评价也必须针对不同的碰撞形态来进行。按事故统计结果，汽车碰撞事故主要可分为正面碰撞、侧面碰撞、追尾碰撞和翻车等几种类型。但随着公路条件的改善，正面碰撞和侧面碰撞形态成了交通事故中最常见的碰撞形式。

按照碰撞试验的目的区分，现在碰撞试验大体可以分为三类：

1)由政府法规要求的强制性试验：例如FMVSS208、ECE R94法规规定的正面碰撞

试验，FMVSS214、ECE R95法规规定的侧面碰撞试验等等；

2)由汽车制造厂自己制定的碰撞试验方法：例如用于提出改善汽车碰撞安全性的新

措施等等；

3)为消费者提供信息的试验：例如美国、欧洲等国家实施的新车评价程序（NCAP）,

汽车安全法规中规定了达到政府规定的最低安全性能要求，NCAP以更高的车速

进行正面碰撞试验，以展示汽车产品的碰撞安全性能。

由于法规试验是政府强制实施的，所以，汽车碰撞试验法规是人们关注的热点。下表列出了一些美国FMVSS, 欧洲ECE的汽车被动安全性法规的试验项目。

二、人体伤害评价指标：

在碰撞试验或碰撞模拟分析的过程中，都使用了标准的碰撞试验假人，通过测量假人的响应计算出伤害的指标，用于定量的评价整车及安全部件的保护效能。

1) Hybrid III假人家族的伤害评价基准值：

下表列出了正面碰撞试验用的Hybrid III假人家族的伤害评价基准值。Hybrid III第50百分位男性假人是目前生物保真性最好的正面碰撞试验假人，另外，为了评价汽车对不同身材乘员的安全保护性能，按比例方法开发了第95百分位男性的大身材假人和第5百分位女性的小身材假人。

2)侧面碰撞假人的伤害评价基准值：

下表所示为目前使用的用于侧面碰撞用的假人SID, EuroSID-1的伤害评价基准值：

3) 伤害评价指标的计算

a ． 头部伤害指标HIC (Head Injury Criterion)

定量地评价头部碰撞忍受能力地基础是Wanyne State 耐力曲线WSTC, Versace 对WSTC 进行了进一步地研究，提出了新地头部伤害指标HIC ：

[])()1(max 125

.2122

1

t t adt t t HIC t t --=⎰ (1)

式中： a － 头部质心点地合成加速度，g ； t1, t2 － 碰撞过程中地任意两个时刻，s ；

通常把最大地积分区间取为36ms, 即要求t2-t1 <=36ms 。当HIC 仅限于做头部接触碰撞伤害评价时，将积分区间取为15ms 即可。 b ． 粘性指标VC (Viscous Criterion)

胸骨的挤压量指标不能很好地反应较高速度碰撞造成地伤害地可能性，对于更高地速度冲击，挤压变形速度对伤害显得更重要。

粘性指标VC是变形速度V(t) 和相对挤压变形量C(t)的乘积。VC的单位与速度单位相同，为m/s，试验表明，造成严重伤害的概率为25％时的忍受水平VCmax ＝1m/s。

c．胸部伤害指数TTI (Thoracic Trauma Index)

TTI 是用于胸部侧面碰撞时伤害评价的指标，计算TTI所用的加速度值是从第12根肋骨上得到的，对胸部伤害相关系数较大的是侧面加速度峰值，当然，还要考虑人体的质量和年龄。

TTI = 1.4 * AGE + 0.5 * (RIBY + T12Y) * MASS/Mstd (2)

式中：TTI －胸部伤害指数，g；

AGE －人体的年龄，岁；

RIBY －第4、8根肋骨的侧面加速度峰值，g；

T12Y －第12肋骨处的侧面加速度峰值，g；

MASS －人体的质量，kg；

Mstd －标准人体的质量，Mstd ＝75 kg。

对于50％的假人，TTI可简化为：

TTI = 0.5 * (RIBY + T12Y) (3) 三、汽车碰撞分析的软件介绍：

前后处理软件：eta/VPG3.0

简介：VPG软件是ETA在对各大汽车厂商（如FORD、GM、DAIMLER-CHRYSLER、KIA等）近20年合作的工程咨询和技术服务过程中，积累了丰富的汽车业CAE技术服务经验而开发出的整车仿真软件。eta/VPG3.0 分为三个模块：

VPG/PrePost: 前后处理器模块：

前处理包括：支持多种CAD数据格式，强大的网格自动划分功能，焊点的生成，100％支持LS-DYNA的关键字，支持多种CAE数据格式等等；

图1. eta/VPG3.0 前处理界面

后处理包括：云纹图的动画显示(显示应力，应变，变形等) ，强大的GRAPH功能等等；(X-Y曲线表示能量，力，位移，加速度，速度的变化历程等)

VPG/Structure: 结构模块：

它是耐久性分析的环境，它包括：悬挂模块(Suspension), 轮胎模型(Tire) 和路面库(Road) ；

1) VPG/Structure 中Road库的类型有：

图2. Road库中的路面类型图3. Road库中的路面类型

2) VPG/Structure中的悬挂模型有：

图4. 前后悬挂的类型

图5. MACPHERSON A-ARM悬挂示意图