英语原文共 14 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

d车辆纵向角的影响 - 雪橇的分析和发展

测试程序

J. Cuadrado, V. Nagabhushana, K. Digges and C.D. Kan

摘要：

远侧乘客在世界各地的现行政府法规中都没有涉及，尽管它们占乘客人数的40％侧面碰撞事故的危害。以前的远景研究侧重于侧向影响，但这项研究表明，其他碰撞模式也很重要碰撞试验和有限元模型用于获得由涉及侧面碰撞的远侧乘员所经历的碰撞脉冲，角落冲击，和狭窄的正面偏移碰撞。脉冲和偏航用于模拟事件，并捕获远侧乘员运动通过使用MADYMO模拟其运动。雪橇测试的开发是用以复制乘员运动直到“临界时间”乘员首先与车辆内部接触。滑动测试脉冲被建模为具有Delta;-V的正弦波相当于实际碰撞试验。滑板降压器最初旋转到碰撞试验的冲击角，并将仪表板旋转至其位于碰撞试验模拟的“临界时间”的位置。然后改变滑板角度和脉冲，直到滑板测试乘员的运动学和损伤响应模仿碰撞测试乘员的运动学和伤害响应。

在这项研究中开发的方法证明了雪橇测试可以复制远侧乘客运动在广泛的碰撞环境，包括重型车辆在旋转的情况下。国家汽车取样分析系统/可靠性数据系统（NASS / CDS）揭示本研究中的碰撞模式占远端乘员碰撞暴露总数的44％，占所有MAIS3 远侧受伤乘客的56％。现在使用远侧雪橇测试的可行性已经验证，提出了未来的研究重点是改进生物方阵的碰撞假人的实施和远端约束的设计。

关键词：远侧，雪橇测试，乘客运动学，MADYMO，缩略性损伤尺度，

Delta-V

符号

a加速时间

T 碰撞脉冲的持续时间

pi; PiDelta;VDelta-V

1. 引言

远侧乘员被定义为坐在车辆的非撞击侧上的乘员。这些远侧乘客经历与坐在撞击上的乘客明显不同的环境，或车辆的近侧。各种因素导致这种差异，包括约束设计和在事故期间车辆内乘员的相对运动。这样观察到，相对于那些目前在附近的近侧乘客，远侧损伤机制不同于近侧损伤机制，并需要不同的措施， [11]。

联邦安全标准要求碰撞试验以证明安全系统限制乘客的正面碰撞中的运动。然而，目前并没有联邦安全标准来限制在空侧碰撞中的运动。已经有文献记载，带有安全带的远侧乘员在远侧冲击中经常从肩带中滑出，并且在这些情况下，乘员运动仅依靠膝部限制

安全带加载于腹部[3] [6] [13]。这些观察结果有助于解释为什么安全带和车辆的相对侧是远侧碰撞中绑带乘员的严重受伤的主要来源[6] [9] [10]。

Gabler（2005）使用1993 - 2002年的国家汽车取样系统/缓冲数据系统（NASS / CDS）对远端碰撞进行了全面分析。这项研究发现，20％的远侧头部伤害是由于接触右内表面造成的并且安全带或带扣是所有AIS2 腹部损伤的86％的来源。这些与前面提到的远侧乘客测试相关，并且证明电流限制系统不能为远侧碰撞中的乘员提供最佳保护。总的来说，研究发现远端侧乘员占身体内部重度受伤人员的43％[11]。远侧乘员参与侧面碰撞的50％，占到HARM乘客的40％[8]。然而，目前政府的研究和法规没有旨在保护坐在车辆非纵向侧的乘客[11]。

速度的变化，或delta-V，是研究人员和专家经常使用的度量碰撞严重程度和确定伤害因果关系的指标[15]。许多研究分析了车辆delta-V，乘员delta-V和乘员损伤之间的关系[4] [16] [14]。对于具有可忽略的车辆旋转的情况，乘员delta-V与车辆的类似[5]。然而，如果其旋转以考虑，则必须对车辆内的每个位置计算Delta;-V对于角速度和角位移的变化[7]。考虑旋转分量意味着车辆一侧上的乘员的总delta-V将是减少的，同时增加车辆另一侧的乘客的总delta-V [7]。这个事件在理解近侧和远侧乘员之间的碰撞环境中的差异是相关的。

另一个重要的考虑是近侧乘员在50ms内接触车辆内部的最初冲击，而远侧的乘员可以在冲击后的180ms内撞击内部[18]。这在侧面碰撞中特别显着。近侧乘客通常在被侵入的内部发生碰撞，而远侧乘员具有足够的内部空间，以允许更多的碰撞能量在与车辆内部接触之前被约束系统吸收。此外，对于远侧乘员而言，较长的“下车”时间允许旋转车辆有更多的时间

相对于乘员移动。因此，车辆的运动和入侵的影响对于远侧乘客而言是不同的。

如果有测试程序来评估安全性能，可以鼓励汽车制造商为坐在车辆非卡住侧的乘客制定对策

迄今为止，没有用于远侧乘员的滑车测试程序，并且已经很少进行远侧乘员关于虚拟变量碰撞测试。这项研究的主要目的是开发一个模拟在多个碰撞环境中远侧乘员运动的雪橇测试。

所选择的测试包括在事件期间经历显着偏航的复杂碰撞的车辆。在这些碰撞中成功复制乘员运动将证明雪橇测试是测试和开发远侧乘客的安全对策的有效的，成本有效的手段。

1. 研究目标

这项研究的目的是开发一个雪橇测试配置，其功能将复制涉及远侧角落法西德乘客碰撞过程中的运动。角影响而引起车辆偏航的会影响乘员相对于车辆的运动。由于该碰撞模式的碰撞测试数据的可用性，还包括SNAP测试。本研究中对以下碰撞模式进行了建模：

bull;SNCAP碰撞试验

bull;Y伤害碰撞试验

bull;50％重叠0°正面碰撞试验

bull;50％重叠30°角落碰撞试验

bull;60°侧面碰撞试验（Digges和Dalmotas）

bull;50％重叠30°拐角冲击有限元模拟

bull;50％重叠45°拐角冲击有限元模拟

bull;50％重叠60°角点冲击有限元模拟

bull;50％重叠90°拐角冲击有限元模拟

1. 研究方法

NASS / CDS数据库的分析表明，角膜损伤造成严重的伤害风险涉及远侧碰撞的乘员[参考文献1]。暴露于角落撞击的远侧乘客的运动学在很大程度上是未知的。在美国政府针对消费者信息或符合标准进行的测试中，没有碰撞测试假人位于车辆的远侧。此外，美国政府的研究没有在造成大部分远侧伤害的配置中进行碰撞试验。因此，必须确定碰撞测试配置中的远侧乘客运动，以便为每个考虑的情况设计滑轨测试。在本研究中选择的情况是基于五个全尺寸碰撞试验和四个有限元模拟，匹配碰撞角（PDOF）和撞击位置用于NASS / CDS角落冲突查询。这5个测试中没有一个在车辆的远侧包含假人。这个问题的解决方法在下面的流程图（图1）中概述。

图1.研究方法流程图

NASS / CDS数据用于确定要调查的雪橇测试配置的优先级。在每个碰撞试验和有限元模型中由主体车辆经历的加速度和偏转用于为MADYMO模型创建加速度环境以确定远侧乘员在每个碰撞模式中将经历的运动。MADYMO被选择用于这些模拟，因为它最初被设计用于研究汽车碰撞中的乘员运动学，其有效性以前已经由Alonso [2]证明。然后将远侧乘客运动与也将在MADYMO中运行的滑车测试模型的响应进行比较。改变滑轨测试模型的输入变量，直到乘员运动与碰撞脉冲模型匹配。用于评估乘员运动的参考条件将是乘员仅由腰部安全带限制。目标是在碰撞脉冲模型中使头部的轨迹尽可能接近乘员。选择腰部安全带结构以使乘员头部不受阻碍地行进的距离最大化。当比较3点腰带乘员时可能无法区分的错误将由于更长的行驶距离而恶化。然后对使用三点式束带约束的乘员进行适当的配置模拟和比较。然后可以在实际滑轨测试中使用最终滑轨测试配置，以模拟暴露于原始碰撞环境的远侧乘员的乘客运动。

• 1. NASS / CDS数据分析

用于NASS / CDS数据分析的远侧角落影响由损伤总面积（GAD），特定纵向位置（SHL1）和PDOF定义。SHL1是指定沿车辆前部，后部或侧面的损坏位置的字母代码。在图2中，数字是PDOF时钟方向，并且字母是用于表示预期引起车辆旋转的碰撞模式的损坏位置的SHL1。将数据另外过滤以仅包括参与平面碰撞的年龄在16岁或以上的占用者。远侧冲击然后被定义为暴露于如下所示的PDA OF1,2和3点钟条件的驾驶员，或者暴露于下面所示的PDOF 9,10和11点钟条件的乘客。

图2：NASS / CDS分析的远端角损伤乘员定义

NASS / CDS分析的结果总结在表1中。大约23％的MAIS 3 角崩溃发生在额叶GAD中。与大多数伤害相关的碰撞损伤是“侧Y”模式。这种模式占严重受伤的约60％。 这些结果表明需要模拟远侧碰撞，产生前部角度偏移碰撞和侧面碰撞，影响车辆的前三分之二。

表1.损伤严重程度和一般损伤面积在角落碰撞中的分布

3.2． MADYMO模型开发

NHWA / NHTSA国家碰撞分析中心的车辆建模实验室创建了一个14个车辆有限元模型库，可供下载和公开使用。数据库包含3款轿车型号，其中最详细的是2001年福特金牛座。 选择该模型用于MADYMO模拟，因为5次实际碰撞试验中有4次是用轿车进行的。在本研究中使用单个车辆几何形状来模拟每个脉冲，以便隔离滑动角对乘客运动的影响。 这种简化允许通过消除由于不同的车辆内部几何形状引起的差异来进行碰撞测试之间的基线比较。

金牛座模型被简化为在乘客期间与乘客交互的部件测试以最小化模拟时间。一旦模型被减少到必要的组件，运行几个初步模拟，并确定200 ms碰撞模拟将需要两个小时来完成。通过使用更大的元件来捕获车辆的内部几何形状，进一步简化了模型。这将元素的数量从75675降低元素到4089，从而将模拟时间减少到大约7分钟。

图3.金牛座舱有限元模型（左）和减少的MADYMO金牛座舱（右）

虚拟模型就座位置从2000年Ford Taurus SNCAP NHTSA测试中确定报告[ 测试报告]。一旦假人正确定位，座位被模型在假人下面。该技术考虑了由于假人的重量而发生的任何座椅偏转。

应当注意，对于所有模拟，乘员被定位在前乘客就座位置。尽管在驾驶员就座位置中发生更多的远侧事故，但是乘客位置在与车辆仪表板相互作用之前允许更大的行程距离。由于其脊柱和颈部的柔韧性，选择了人类面部模型[2]。 这种灵活性要求执行预模拟以便确定模型在期望就座位置中的初始平衡位置。如果这个平衡状态未被确定，则模拟的结果将包含头部和脊柱向其平衡点移动时的初始加速度。然后使用导入装置将平衡位置导入MADYMO模型

INITIAL.JOINT.POS选项在XMADgic v。5.1中的工具菜单下找到。此工具从JNTPOS文件导入JOINT_DOF卡在每个时间步骤定义的关节位置。然后用户能够选择定位模型的期望时间[12]。 对于这个模型在约700ms达到平衡位置。

• 1. 碰撞脉冲模拟

MADYMO碰撞模型中通常使用两种技术。 在一个加速场中施加到乘员，并且另一个技术将加速度场或位置对时间函数应用于车辆。在本研究中，碰撞脉冲模拟是通过应用碰撞测试中的车辆经历的加速场或碰撞脉冲以及与人体面模型相反方向的有限元模型来运行的。当本车辆具有初始速度以消除对车辆惯性特性的需要时，该技术用于MADYMO模型中。虽然不是所有的建模测试都具有初始速度，但所有的碰撞以这种方式建模在整个研究中是一致的。

下一步是确定每个车辆是否存在显着的横摆旋转分量实际碰撞试验。对于该分析，测量每个碰撞测试视频的偏航相对于时间通过分析电影Pro 1.62运动分析软件中的开销视频。使用LS-Prepost 2.1中的测量Z-Rot特征，测量有限元模型的偏航相对于时间。在该分析期间还确定每个车辆的旋转点的中心以用于未来的建模使用。在这一点上，模型运行时只有线性加速度场施加到假人以确定乘员和车辆内部之间的初始接触时间。 然后将接触时间与偏航曲线和测试视频进行比较，以确定车辆偏航是否影响车辆和乘员之间的相对运动。

观察SNCAP和50％重叠0°正面冲击试验的模拟结果表明，接触时间分别为90和119毫秒。 分析这些测试中的每一个的开销视频示出此时没有可见的旋转。应当注意，在50％重叠0°正面冲击试验中存在显着的旋转，但是车辆直到大约125毫秒才开始旋转。其余测试的偏转如下图所示。 可以看出，对于每个测试，旋转大于5度，并且已经显示出极大地影响乘员相对于车辆内部的运动。

通过使用MOTION.JOINT.POS卡将偏航 - 时间曲线应用于放置在车辆旋转中心的关节来对剩余仿真的偏航进行建模。当乘员由于加速度场而移动时，该设置旋转乘员下方的固定车辆。在确保正确的碰撞脉冲和偏航功能被应用到模型后，每个碰撞模型与乘客约束运行在3点带和完全由腰带。

• 1. SLED测试模拟

以前的研究表明脉冲形状和乘员反应数值模拟之间有直接的相关性[1]。脉冲通常由其形状，幅度和持续时间来定义。 许多因素可以影响碰撞脉冲的特性，包括车辆形状，车辆结构，车辆质量和碰撞模式[19]。为此，考虑了两种脉冲形状这个分析：Haversine（正弦）和Sine函数。Haversine和Sine函数被选中，因为它们在性质上相对简单，并且可以通过几乎所有的雪橇测试设备重复。本文提出的结果的准确性应该只是随着滑动脉冲的复杂性增加而增加[17]。 由于在汽车安全领域和事故调查中频繁使用delta;-V，在本研究中脉冲将根据delta-v来定义。 半正矢脉冲由delta;-V通过以下等式[19]定义：

在本研究中使用的第二个脉冲是正弦模型，用delta-V表示方程2 [19]。

等式[1]和[2]根据脉冲的Delta;-V和持续时间来定义滑动脉冲[19]。 为了确定在每次模拟中使用的基线值，对x分量，y分量和合成加速度（图4）进行积分以建立可能精确建模每个碰撞的滑动脉冲delta-V值的可能范围（图4） 。

图4.

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[137534]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word