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行人—车辆碰撞下肢及头部保护研究

作　者: 崔宇硕
导　师: 张金换
学　校: 清华大学
专　业: 机械工程
关键词: 行人保护下肢保护头部保护保险杠吸能结构主动式罩盖举升机构
分类号: U461.91
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 64次
引　用: 1次
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内容摘要

随着汽车保有量的增加和交通运输的日益繁忙,交通事故已经成为社会的一大公害,交通事故死亡人数中,行人占据很大的比例。根据统计,行人在与车辆碰撞时,下肢和头部是最容易受到伤害的部位。行人与车辆碰撞时,下肢的伤害通常由车辆前端保险杠结构造成,改善保险杠结构成为减轻下肢伤害的重要手段。行人头撞击发动机罩盖造成头部严重受伤,主要是由于发动机罩盖下方吸能空间太小,头部高速撞击到发动机等刚性部件引起的,主动式发动机罩盖的设计成为减轻行人-车辆碰撞时头部伤害的重要方向。论文的主要内容包含行人-汽车碰撞时下肢保护研究以及头部保护研究。对于行人下肢保护,研究基于具体车型,建立了CAE模型,通过试验与模型进行了对标和验证。在进行保险杠结构改进的过程中,首先对目标车辆的泡沫保险杠结构进行了分析,通过改变泡沫密度和厚度分析下肢模块伤害参数的变化趋势,发现单独的泡沫主保险杠结构不能使下肢模块伤害值达到满分要求。通过增设副保险杠结构,改善了下肢模块碰撞响应。之后,设计和对比了三种吸能结构,得到薄壁钢梁波浪板结构具有更优的吸能效果。最后,用波浪板吸能结构取代了主保险杠泡沫吸能结构,最终使目标车辆达到了EuroNCAP下肢模块满分标准。论文同时考虑了改进后的结构设计对于低速碰撞以及正面全宽碰撞的影响。对于行人头部保护研究,论文设计了一种新型的主动式发动机罩盖举升机构。行人在与车辆发生碰撞时,头部与罩盖下坚硬部件的碰撞造成的伤害往往构成致命伤,在发生碰撞之前,主动罩盖会自动升起,在罩盖和发动机之间形成碰撞缓冲区,从而使其吸收更多的能量,以达到保护行人的目的。论文给出三种能够满足罩盖升起的举升机构设计,通过方案对比选出最优方案并进行进一步的完善设计,将方案转化为实物,并通过搭建完整的试验台进行了方案验证。此机构可以在行人与车辆发生碰撞之前,使罩盖前后部同时升起,其中前部升起33mm,后部升起106mm,从而可以对不同身材的行人均起到保护作用。举升机构动作可逆,并且不会阻碍对发动机舱进行正常维护时罩盖的开启和闭合。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
第1章引言  9-29
  1.1 国内外行人事故现状  9-10
  1.2 行人下肢及头部伤害事故统计  10-12
  1.3 行人保护法规和标准解读  12-16
    1.3.1 欧盟2003/102/EC 法规  12-13
    1.3.2 EuroNCAP 标准  13-14
    1.3.3 GTR 法规  14-15
    1.3.4 日本行人头部碰撞保护标准和JNCAP  15-16
  1.4 行人下肢保护应用策略  16-18
  1.5 行人头部保护应用策略  18-24
    1.5.1 基于行人头部保护的被动式结构改进  19-22
    1.5.2 基于行人头部保护的主动式改进研究  22-24
  1.6 论文研究内容  24-29
    1.6.1 行人-车辆碰撞下肢保护研究  24-25
    1.6.2 行人-车辆碰撞头部保护研究  25-27
    1.6.3 课题重难点分析  27-29
第2章基于行人下肢保护的车辆前端建模与分析  29-46
  2.1 目标车型车辆前端结构CAE 建模  29-35
    2.1.1 划分网格  29-31
    2.1.2 零部件component 建立  31-32
    2.1.3 零部件的焊接  32
    2.1.4 边界条件设置  32-34
    2.1.5 模型试算  34-35
  2.2 有限元模型计算与目标车辆下肢模块冲击试验对标验证  35-41
    2.2.1 下肢模块运动姿态对比  36-37
    2.2.2 下肢模块伤害参数对比  37-41
  2.3 下肢模块伤害指标的影响因素分析  41-45
    2.3.1 下肢模块加速度值影响因素分析  41-43
    2.3.2 下肢模块弯曲角度影响因素分析  43-45
    2.3.3 下肢模块剪切位移影响因素分析  45
  2.4 本章小结  45-46
第3章改善行人下肢碰撞响应的保险杠结构分析  46-79
  3.1 泡沫主保险杠结构下的改进分析  48-61
    3.1.1 不同泡沫塑料密度和厚度条件下下肢损伤情况分析  48-51
    3.1.2 副保险杠结构设计  51-55
    3.1.3 主副保险杠刚度匹配  55-61
  3.2 泡沫结构、蜂窝铝“三明治结构”、薄壁钢梁结构吸能研究  61-65
    3.2.1 吸能结构建模和薄壁钢梁结构选择  61-62
    3.2.2 三种结构吸能效果对比  62-65
  3.3 波浪板主保险杠结构下的改进分析  65-71
    3.3.1 三因素三水平正交试验  65-68
    3.3.2 不同水平下三因素完全试验  68-71
  3.4 保险杠结构改进最终方案及改进后下肢模块各碰撞点得分  71-73
  3.5 保险杠结构改进对于其他碰撞要求的影响  73-78
    3.5.1 保险杠结构改进对于低速碰撞的影响  73-76
    3.5.2 保险杠结构改进对于正面全宽碰撞的影响  76-78
  3.6 本章小结  78-79
第4章行人头部保护主动发动机罩盖举升机构设计  79-99
  4.1 主动式发动机罩盖的关键问题研究  79-81
    4.1.1 升起高度  79-80
    4.1.2 时间条件  80
    4.1.3 传感器碰撞物类型判定  80-81
  4.2 可逆式前后同步升起的罩盖举升机构的概念设计  81-89
    4.2.1 概念设计1  81-83
    4.2.2 概念设计2  83-85
    4.2.3 概念设计3  85-87
    4.2.4 概念设计对比和改进  87-89
  4.3 模拟罩盖结构台架试验  89-91
    4.3.1 举升系统驱动器工作基本原理  89-90
    4.3.2 模拟罩盖结构台架试验台搭建  90-91
  4.4 完整试验台设计和搭建  91-98
    4.4.1 关键零部件尺寸确定和CAD 设计  91
    4.4.2 总体试验台架设计  91-94
    4.4.3 实物制作及总体试验台架搭建  94-97
    4.4.4 试验台测试结果  97-98
  4.5 本章小结  98-99
第5章结论  99-101
参考文献  101-105
致谢  105-106
附录A 主动式罩盖举升机构关键零件图  106-109
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  109

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