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正面碰撞车身加速度对乘员腿部损伤的影响

2022-08-03凡沙沙段大禄黎谦廖贤明贾丽刚

汽车零部件 2022年7期
关键词:二阶乘员波形

凡沙沙,段大禄,黎谦,廖贤明,贾丽刚

上汽通用五菱汽车股份有限公司,广西柳州 545007

0 引言

随着国内外对汽车安全性能的重视程度不断提升,汽车正面安全气囊逐渐成为车辆的标准配置。在碰撞事故中乘员头、颈、胸部能够得到较好的保护,然而腿部伤害的问题日益凸显。乘员大腿压缩力指标为法规考察指标及NCAP考察指标,大腿压缩力除了与仪表板刚度、前围板侵入量、腿部空间、乘员坐姿、座椅刚度、安全带配置等因素有关外,还与车身加速度有着密切的联系。本文运用LS-Dyna仿真模型,研究了正面碰撞车身加速度对乘员腿部损伤的影响,从而改变骨盆前移量,也降低了大腿压缩力。

1 某车型车身加速度波形及其简化波形

为便于体现车身加速度波形的特点,将车身加速度波形简化为二阶波形。以某车型50 km/h全宽正碰的LS-Dyna乘员侧仿真模型为基础,计算其在实车加速度波形及简化波形下乘员的响应,以验证简化波形的有效性。图1为该车型实车试验加速度波形及其简化后的二阶波形。

图1 某车型实车试验加速度波形及其简化后的二阶波形

对上述实车加速度波形及简化二阶波形进行积分,得到速度曲线,如图2所示。进一步积分后得到位移曲线,如图3所示。

图2 实车波形与简化波形的速度曲线

图3 实车波形与简化波形的位移曲线

由图2和图3可以看出,简化波形与实车试验波形吻合度较好。为进一步验证简化的二阶形波可近似代表实车试验波形,在LS-Dyna乘员侧仿真模型中,对比两种波形下的乘员响应,如图4和图5所示。由图4可以看出,两种波形下乘员的头部、胸部及骨盆的加速度曲线完全一致。说明两种波形下乘员的运动响应完全一致;由图5可以看出,两种波形下的结果也完全一致,这说明简化的二阶波形可以近似代表实车碰撞波形。

图4 乘员头部、胸部及骨盆加速度曲线

图5 乘员左、右大腿力及膝盖滑移量

2 不同二阶波形对乘员大腿压缩力的影响

二阶加速度波形的主要特征是第一阶加速度与第二阶加速度。通过改变与的大小,可得到不同的加速度波形。表1为3种不同二阶加速度波形。

表1 3种不同二阶加速度波形

由于碰撞初始速度均设定为50 km/h,因此上述3种波形的能量密度均为96.45 J/kg。3组加速度波形曲线、积分得到的速度曲线、位移曲线及能量密度曲线如图6所示。从速度曲线可以看出,3种波形速度的变化量基本相同。

图6 3组波形曲线对照

将上述3种不同的二阶波形,代入LS-Dyna乘员侧仿真模型,计算得到3种波形下乘员的骨盆前移量曲线(向)、骨盆下移量曲线(向),乘员骨盆相对车身的移动量如图7所示。乘员左、右大腿压缩力曲线如图8所示,由乘员腿部的损伤机制可知,乘员的骨盆前移量影响乘员腿部撞击仪表板的程度,从而影响乘员腿部的损伤。

图7 乘员骨盆相对车身的移动量

图8 乘员左、右大腿压缩力曲线

统计乘员骨盆相对车身的最大前移量、最大下移量及乘员大腿压缩力的最大值,不同二阶波形下的仿真结果对照见表2。

表2 不同二阶波形下的仿真结果对照

3 结论

(1)二阶梯形波能够较好地拟合出实车加速波形,并且吻合程度较高,可以作为一种研究车身加速度波形特征的方法;

(2)从某车型车身加速度及其简化二阶波形的对照结果可以看出,碰撞过程中,乘员的响应与车身加速度整体的强弱有关,与加速度波形上个别峰值的高、低无关;

(3)从3种不同二阶波形的仿真结果可以看出,提高一阶加速度,降低二阶加速度,能够明显改善乘员的骨盆前移量,从而降低乘员的大腿压缩力。

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