汽车约束系统零部件模型的建立与验证

摘要：在汽车约束系统开发中，模拟仿真可以预测不同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工况下的稳健性。零部件试验是模型数据获取的重要来源，文章详细介绍了安全带拉伸试验、座椅静刚度试验、转向管柱动态压溃试验及气嚢动态冲击试验的试验方法，在MADYMO软件中建立了该车型相应的零部件模型并进行了仿真分析，结果表明，仿真曲线与试验曲线的拟合度符合要求，各子系统仿真模型可以进行下一步的整车约束系统标定分析及匹配优化工作。

关键词:汽车;约束系统;MADYMO;零部件试验

Model Building and Validation of Vehicle Occupant Restraint System Abstract：In the development of occupant restraint system, the simulation can predict the protection effect of different schemes to the crew, reduce the number of physical tests significantly and improve the robustness of occupant restraint system under different working conditions. Parts and components test is an important source of acquisition model data. In this paper, the tensile test method of the seat belt, the static stiffness test of the seat, the dynamic crushing of the steering column and the dynamic impact test of the air bag are introduced in detail. And the simulation analysis of the model is established by MADYMO, the curve of simulation result is in line with the test requirements. Sub-system simulation model can be used for calibration analysis and matching optimization of the restraint system.

Key words：Vehicle; Occupant restraint system; MADYMO; Parts and components test

汽车乘员约束系统是汽车被动安全领域内的主要 研究内容之一，乘员约束系统主要由安全带、安全气 囊、仪表板、座椅及转向系等子系统组成。近年来，许多 研究学者发现，单纯优化安全带或安全气囊系统的特 性只能在一定程度上提高乘员约束系统的性能，而如 果从系统概念出发，协调安全带、安全气囊及座椅的机 械特性则可以大大提高乘员约束系统的性能。国外也 在积极地研究智能型约束系统，可以自动识别乘客体 型，更好地保护妇女儿童[1]。我国汽车被动安全研究经 过了数年的发展历程，已经有了一个良好的开端。文章 在一系列零部件试验的基础上，将MADYMO仿真结果 与试验结果进行了对比验证。

1安全带模型的建立与验证

1.1试验方法

试验系统应保证整个试验过程中所提供载荷的准 确性，在整个试验过程中应连续记录所施载荷。拉力机 采用缠绕式夹具，试件与试验夹具的连接方式应牢固可 靠，防止失效。织带在拉力机夹具上的连接方式采用缠 绕式，这种方式更接近于安全带的实际使用状态，效果 最佳。每进行1次试验都应使用新试件。试验前处理每条安全带织带都应在温度为（20 ±5 °C、相对湿度为 (65 ± 5!的环境中保存至少2h，如果处理后不能立即 进行试验，试件应存放在密封容器内直至试验开始，试 验应在织带从处理环境中或从容器中取出后5 m i内测 量。把处理后的织带，固定于拉伸机上，夹具间织带的自 由长度应为20〜240 mm，取有效长度200 mm做标记，使拉伸机的引伸器夹于标记处，保证有效长度200 mm，加载速度约为100mm/min;加载12 000N后卸载，输出 力与位移的曲线。图1示出安全带拉伸试验图，图2示 出MADYMO中搭建的安全带拉伸仿真模型。

图1安全带拉伸试验图 图2 M A D Y M O中安全带

拉伸仿真模型

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線峨歷

技术聚焦FOCUS 12018年5月

技术看点

1.2 M A D Y M O 模型的搭建与验证

在MADYMO 中搭建长200 m m 的F E 织带模型， 下端用固定铰（JOIN .BRAC )固定，上端添加滑移铰 (JOIN .TRAN )，在上端的JOIN .TRAN 上施加一个运动 (MOTION .JIOIN .POS )，速度为 10 mm /min ，保持与实 际试验的速度一致。图3示出安全带刚度试验与仿真 曲线对比。从图3可以看出，安全带仿真模型和试验拉 伸刚度曲线拟合良好，可以应用到整车模型中，在此基 础上进行进一步研究。

仿真

试验

1 000-1

2 000-10 000-^ 8 000

B 6 000.

4 000.2 000.

延伸率

图3

安全带刚度验证结果

2座椅模型的建立与验证

2.1试验方法

试验样件安装按照实车状态在试验机上进行，具 有调节机构的座椅骨架的位置按设计要求来调节，其 他的调节机构调节到设计标准位置，座椅前后方向调 节到设计的中间位置，座椅上下高度调节到设计的标 准位置。图4示出座椅静刚度试验图，图5示出

MADYMO 中搭建的座椅静压仿真模型。

的速度施加压力载荷，加载行程为80 mm ,加载后卸

载;输出加载、卸载力与位移曲线。座椅座垫前部刚度 试验方法：座椅总成安装完毕后，将臀部模型从后端 的位置沿着座椅中心面向前移动10 mm ( 10 m m 为 假人臀部碰撞时向前移动距离）；压力试验机应以 10 mm /m in 的速度施加压力载荷，加载行程10 mm ， 加载后卸载。输出加载、卸载力与位移曲线。

2.2 M AD Y M O 模型的搭建与验证

在MADYMO 中搭建座椅模型，首先导人座椅有限 元模型用于定位，用JOIN .BRAC 将座椅固定，座垫分 为上下2个平面，来模拟座垫和座椅骨架。图6示出 座椅！点试验与仿真的刚度曲线对比，图7示出座椅 !点前移10 mm 后，试验与仿真的刚度曲线对比。

1000 10 0008000

^ 6 000

4000 2 000

-

2 000 ---------------------------------------------------------------------0.00 0.02 0.04 0.06 0.08

位移/m

图6

座椅！点刚度验证结果

14 000­12 000­10 000■8 000 ^ 6 000­

4 000­2 000­

0-2 000­

0.00

0.04

0.08 0.12

0.16

位移/m

图*

座椅！点前移150 m m 刚度验证结果

从图6和图7可以看出，座椅！点仿真模型和试 验刚度拟合良好，将臀部模块前移10 mm 后，仿真和 试验刚度曲线基本拟合，表明此座椅模型可以应用到

整车模型中，并在此基础上进行进一步研究。

图4

座椅刚度试验图

图5 M A D Y M O 中座椅静压

仿真模型

座椅靠背的角度调节到设计标准位置，或者选择

50百分位人体模型的躯干基准线偏离铅锤方向尽量 接近25。。座椅总成安装完毕后，将臀部模型放在座椅 座垫上，臀部模块的放置位置为50百分位Hybrid m 型 男性假人正常坐姿臀部在座垫上的位置，使座椅中心面 与臀部模型中心面重合；压力试验机应以10 mm/min

3转向管柱压溃模型的建立与验证

3.1试验方法

将转向管柱总成按近似实车状态装夹到压缩机夹

具上，将压力机头部压块平行压到转向管柱轴上，并保 证压力机头部与转向管柱轴同心，施加轴向冲击载荷。 冲击速度为6 m /s 。输出压溃力与位移的关系曲线。图

8示出转向管柱的动态压溃试验图，

图9示出MADY ­MO

中搭建的转向管柱动态压溃模型。