乘员约束系统优化-安全气囊与安全带匹配研究

乘员约束系统优化-安全气囊与安全带匹配研究汽车碰撞过程中，有效的约束系统可以降低车内碰撞对乘员的伤害。本文采用RADIOSS对某汽车约束系统进行碰撞模拟分析，以降低假人头部伤害指数、颈部伸缩弯矩、胸部压缩变形量和粘性指数为目标，利用HyperStudy对安全气囊和安全带进行参数优化，改进后约束系统提升汽车的乘员保护性能，其优化流程对汽车设计提供了一定的参考。1引言在汽车设计开发过程中，需要考虑汽车碰撞安全，乘员的初始能量通过两种方式来耗散，一部分通过约束系统传递给车身结构，另一部分乘员能量通过约束系统的变形吸收。约束系统直接与乘员发生作用，它的设计对乘员安全尤其重要。而约束系统包含安全带、安全气囊和座椅等，开发人员需要对约束系统配置数据进行分析，包括安全带预警器可行性分析，安全气囊开发分析，转向管柱压溃方案的制定，假人伤害值分析等。本文以某汽车约束系统为例，介绍如何运用参数优化方法，改进设计方案。2模型参数选取与试验分析约束系统模型采用RADIOSS柔体与刚体混合建模方式，安全带与安全气囊为柔性体，方向盘机转向管柱等结构采用刚体和连接弹簧，乘员采用50百分位男性假人，结构如1所示。安全带具有预紧器和限力器，肩带与腰带为D环连接；安全气囊采用参考节点坐标方法模型；转向管柱为压溃式结构。点击图片查看大图图1约束系统模型2.1分析参数选取基于该约束系统简化的建模方式以及影响假人伤害值主要参数，本文选取的约束系统参数（因素）有：安全带的限力值系数（Scale_y），转向管柱压溃位移（Stroke），安全气囊泄气口面积缩放系数（Avent），安全带预紧器位移（Pre_Disp）。2.2参数试验分析对约束系统进行四个因素各两个水平进行试验分析，其考虑的假人伤害值为：头部伤害指数（HIC36），颈部伸缩弯矩（My），胸部压缩变形量（Chest_Def），胸部3ms合成加速度值（Clip），大腿压缩力（Femur_Force），其分析结果如表1所示：表1系统参数试验分析点击图片查看大图各参数对假人伤害响应的相关度如图2所示。可以得出，对假人头部伤害指数（HIC）最具影响的约束系统参数为安全气囊泄气口面积缩放系数（Scale_y），安全带限力值系数（Scale_y）次之；对假人胸部压缩变形量（Chest_Def）和3ms合成加速度值（Clip）最具影响参数均为安全带限力值系数（Scale_y）；对颈部伸缩弯矩（My）最具影响参数为安全气囊泄气口面积缩放系数（Scale_y）；而转向管柱压溃位移在80mm至142mm范围内，对假人伤害值影响很小。考察到泄气口面积缩放系数（Scale_y）对颈部伸缩弯矩（My）重要影响，并对气囊系绳长度（Tether_Length）和泄气口开启时间（Tvent）进行DOE分析。点击图片查看大图点击图片查看大图图2参数水平对假人响应的相关度3约束系统优化从参数试验分析可知，大腿力压缩力小于高性能限制3.8KN，无需进行优化，可作为大腿部位获得高评分的约束条件。颈部伸缩弯矩My大于低性能限值57Nm，需要对其进行优化，头部伤害指数、胸部压缩变形量和胸部3ms合成加速度值都需进行考察，根据假人各伤害值评分权重进行优化，即把多目标优化简化成单目标多参数优化。为了简化/zixun/模型并说明问题，头部和颈部评分分别只考察HIC和My，胸部考察压缩变形量Chest_Def和3ms合成速度值Clip。优化目标如下列表达式；目标：Min(5*(HIC/825)+2*(My/49.5)+5*max(Chest_Def/36，Clip/49))选取优化参数安全带限力值（Scale_y），气囊泄气口面积缩放系数（Avent），气囊系绳长度（Tether_Length），气囊泄气口开启时间（Tvent），采用HyperStudy进行优化后的结果如下：点击图片查看大图图3约束系统优化后的假人响应曲线4结论汽车乘员约束系统可以简化为参数化模型，并进行假人伤害值的试验分析；对于降低假人