汽车儿童安全座椅碰撞性能仿真分析

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1、2014年4月机械设计与制造工程Apr．2014第43卷第4期MachineDesignandManufacturingEngineeringVo1．43No．4DOI：10．3969／j．issn．2095—509X．2014．04．021汽车儿童安全座椅碰撞性能仿真分析李海风，臧孟炎，彭炫权，林明右，萧乃仁(1．华南理工大学机械与汽车工程学院，广东广州510640)(2．中山市隆成13用制品有限公司，广东中山528400)摘要：针对欧洲儿童乘员约束系统法规(ECER／4)，以某款汽车儿童安全座椅为研究对象，使用非线性有限元动力学

2、分析软件LS—DYNA进行了ECER／4动态试验环境下的碰撞过程仿真分析．得到假人头部加速度、头部损伤值HIC及胸部加速度。通过与相应法规的比较，初步证明了该款儿童安全座椅的碰撞安全性。关键词：汽车儿童安全座椅；ECER／4；碰撞性能；有限元仿真；LS—DYNA中图分类号：U491．61文献标识码：B文章编号：2095—509X(2014)04—0082—04随着汽车数量的逐年增加，儿童乘员的乘车安组，适用于0—1．5岁婴儿(体重不超过13kg)，具全已成为汽车安全性研究的重要课题。研究表明，有后向安装、ISOFIX固定连接及具有3

3、对可调式相比使用成人安全带和成人怀抱的方式，儿童安全肩带孔位等特点。利用HYPERMESH将儿童安全座椅的使用是降低事故伤害的最有效手段⋯。儿座椅主体、把手、底座上下盖板等板件使用壳单元童安全座椅碰撞性能是指在汽车碰撞过程中，座椅(大小为5～10mm)建模，靠背板使用了六面体单系统通过约束、限制乘员保持合理的位移，以分散元网格。安全座椅有限元网格模型如图l所示。乘员身体承载过大冲击力。减少乘员损伤¨2的能力。多刚体模型和有限元模型是汽车安全研究领域中两种重要的计算机仿真模型。多刚体模型的计算效率高，但模型中存在过多简化；有限元模型则

4、比较精细。本文针对某款汽车儿童安全座椅，应用有限元技术，建立ISOFIX型儿童座椅的有限元模型，使用显式有限元软件LS—DYNA分析假人在正碰情况下的运动响应，获得头部、胸部合成加速度曲线及头部损伤值H／C定量评价该图1儿童安全座椅网格款儿童座椅对乘员的损伤保护效果。1．2ECE台车座椅模型1有限元仿真模型的建立按照法规对ECE台车座椅的具体尺寸要求，在整个有限元分析过程中，前处理是一个重要以立体单元对座椅缓冲材料部件划分网格，网格尺的环节，涉及到单元选取、材料建模、接触连接定义寸15ram，共生成11320个体单元。金属板用壳单及

5、加载等，它直接影响着碰撞仿真的计算精度与效元离散。率。1．3材料模型建立1．1儿童座椅模型该款ISOFIX婴儿提篮式座椅所用材质如下：本文使用的汽车儿童安全座椅原型属于GO+STKM11A(碳素钢钢管)、POM90聚甲醛塑料、EPS收稿日期：2014—03—03基金项目：广东省中山市优势传统产业升级项目(ZSEI一2012659066)；广东省技术创新项目(2013389031)作者简介：李海风(1988～)，男，河南开封人，华南理工大学硕士研究生，专业方向为车辆工程。·82·2014年第43卷机械设计与制造工程可知，在减加速度的作

6、用下，座椅速度在75ms内由50krn／h迅速减小至0，然后开始回弹，在lOOms左右台车完全脱离碰撞壁进入等速状态。下面以假人运动形态、头部和胸部加速度及HIC值对仿真结果进行具体分析。60三4o时间／ms喜2o图8假人头部合成加速度＼餐o3．3头部损伤指数HIC20头部损伤指数HIC(HeadInjuryCriteria)是表图6台车座椅速度历程曲线征乘员头部损伤的关键指标，采用15ms时间差的3．1乘员运动形态分析计算公式评价：，1．￡，，2．5图7所示为碰撞发生后90ms时刻假人运动状cts=(z)I2了lft‘a(t)dt

7、I态。在碰撞发生的初期，假人姿态与初始状态比较I一式中：a(t)为头部质心处合成加速度，数值为重力变化不大，仅脚部开始脱离台车座椅靠背，可以理解为台车座椅泡沫材料的缓冲效果所致。随后腿加速度g的倍数；t．为碰撞过程HIC值计量初始时部和手臂明显抬起，到90ms时假人出现了沿初速刻；为碰撞过程HIC值计量结束时刻。^v景度方向明显后仰的趋势，说明了儿童安全碰撞性能根据图8的假人头部合成加速度，计算得到对∞舳∞如∞如加m0应的HIC15值为384(取t。=39ms至t=54ms的仿真模型的合理性。15ms)，满足法规HIC要求(1．5岁

8、儿童HIC最大值为600)。3．4胸部加速度分析图9所示为假人胸部质心处的合成加速度随时间变化曲线。与头部加速度曲线一样，在t<20ms时间段内，胸部加速度保持在较小数值内。6O5040图7假人运动形态90ms时刻响应30型203．2