留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

微型电动车小偏置碰撞下约束系统参数的匹配研究

郝琪 崔宏伟 刘正午 梅佳炜

郝琪,崔宏伟,刘正午, 等. 微型电动车小偏置碰撞下约束系统参数的匹配研究[J]. 机械科学与技术,2023,42(12):2110-2117 doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220174
引用本文: 郝琪,崔宏伟,刘正午, 等. 微型电动车小偏置碰撞下约束系统参数的匹配研究[J]. 机械科学与技术,2023,42(12):2110-2117 doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220174
HAO Qi, CUI Hongwei, LIU Zhengwu, MEI Jiawei. Parameters Matching of Restraint System for Mini Electric Vehicles Under Small Offset Collision[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2023, 42(12): 2110-2117. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220174
Citation: HAO Qi, CUI Hongwei, LIU Zhengwu, MEI Jiawei. Parameters Matching of Restraint System for Mini Electric Vehicles Under Small Offset Collision[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2023, 42(12): 2110-2117. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220174

微型电动车小偏置碰撞下约束系统参数的匹配研究

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220174
基金项目: 国家自然科学基金项目(11502075)、湖北省重点实验室创新基金项目(2015XTZX0418)及湖北省揭榜制项目(2023BEB047)
详细信息
    作者简介:

    郝琪,(1973−),教授,硕士生导师,研究方向为汽车被动安全以及汽车轻量化设计,1293169789@qq.com

  • 中图分类号: U491.6 + 1

Parameters Matching of Restraint System for Mini Electric Vehicles Under Small Offset Collision

  • 摘要: 根据某微型电动汽车的实验对标整车模型,建立有效的简易约束系统模型,研究64 km/h小偏置碰的乘员动态响应及约束系统输入条件。通过对约束系统中侧气帘质量流缩放率、安全气囊点火时间及安全带限力峰值等7个相关参数进行单变量乘员伤害分析,确定在小偏置碰撞下约束系统4个主要影响因素。设计四因素九水平的正交试验,计算约束系统不同匹配参数对乘员加权伤害指标(WIC)以及乘员头部、颈部、胸部、腿部等的影响等级,结合等级极差比参数给出小偏置碰约束系统调整及匹配建议。并进一步构建约束系统参数与WIC的高阶多项式代理模型,确定了约束系统的最优组合解。结果表明头部损伤指标 HIC15降低了64%,整体加权综合损伤 WIC 值降低56%。
  • 图  1  驾驶室约束系统模型

    Figure  1.  Cab restraint system model

    图  2  头部加速度曲线对比

    Figure  2.  Comparison of head acceleration curves

    图  3  小偏置碰撞试验仿真

    Figure  3.  Simulation of small offset impact test

    图  4  整车运动特性

    Figure  4.  Characteristics of whole vehicle motion

    图  5  小偏置碰撞中假人头部状态图

    Figure  5.  Dummy head condition for small offset impact

    图  6  头部加速度

    Figure  6.  Curves of head acceleration

    图  7  设计参数对乘员身体部位损伤以及加权综合损伤WIC的极值图

    Figure  7.  Extreme values of design parameters on occupant body part injury and WIC

    表  1  乘员头、胸部评价指标

    Table  1.   Evaluation indexes of head and chest of a passenger

    指标简化模型整车模型误差/%
    头部伤害指标HIC36 656.05 624.45 4.82
    胸部3 ms合成加速度C3/g 59.04 55.76 5.55
    下载: 导出CSV

    表  2  正碰与小偏置碰的假人损伤值

    Table  2.   Dummy Damage Values for Frontal Impact and Small Offset Impact

    评价指标50 km/h正碰64 km/h小偏置碰增加百分比/%
    头部伤害指数HIC 624.45 1 964 214.6
    颈部拉伸力FZ/kN 3.69 5.17 40.1
    胸部3 ms合成加速度C3/g 55.76 63.92 14.6
    胸骨变形量D/mm 49.88 55.29 10.8
    左大腿轴向压力FL/kN 3.17 13.84 336.6
    右大腿轴向压力FR/kN 5.06 8.99 77.7
    加权伤害指标WIC 0.67 1.57 134.3
    下载: 导出CSV

    表  3  参数的取值范围

    Table  3.   Value ranges of parameters

    设计参数初始值取值范围
    a 侧气帘气体质量流量缩放率 1 1~3.7
    b 气囊气体质量流量缩放率 1 1~1.5
    c 气囊点火时刻/ms 10 10~30
    d 气囊排气孔直径/mm 30 18-36
    e 安全带限力峰值/kN 8 1.5~10
    f 安全带起作用时间/ms 5 0~10
    g 安全带拉出量/mm 10 3-30
    下载: 导出CSV

    表  4  正交试验表L81(94

    Table  4.   Orthogonal test L81 (94)

    组序X1X2X3/kNX4/msWIC
    111.138120.99
    211.342.5160.93
    $\vdots $$\vdots $$\vdots $$\vdots $$\vdots $$\vdots $
    803.71.3410100.76
    813.71.232140.70
    下载: 导出CSV

    表  5  头部HIC15极差分析

    Table  5.   Range analysis of the head HIC15

    KjX1X2X3/kNX4/ms
    K117882162071650515431
    $\vdots $$\vdots $$\vdots $$\vdots $$\vdots $
    K91105147291549417442
    R6928147820623518
    下载: 导出CSV

    表  6  颈部Nij极差分析

    Table  6.   Range analysis of the neck Nij

    KjX1X2X3/kNX4/ms
    K129.3213.7714.0616.58
    $\vdots $$\vdots $$\vdots $$\vdots $$\vdots $
    K96.598.2413.513.79
    R23.295.535.698.74
    下载: 导出CSV

    表  7  颈部压缩力极差分析

    Table  7.   Range analysis of the compression force on the neck

    KjX1X2X3/kNX4/ms
    K112651.7254.468.94
    $\vdots $$\vdots $$\vdots $$\vdots $$\vdots $
    K92232.3355.6554.39
    R10719.3924.338.61
    下载: 导出CSV

    表  8  颈部拉伸力极差分析

    Table  8.   Range analysis of the tensile force of the neck

    KjX1X2X3/kNX4/ms
    K133.3433.6633.5331.68
    $\vdots $$\vdots $$\vdots $$\vdots $$\vdots $
    R7.992.782.382.44
    下载: 导出CSV

    表  9  胸部3 ms合成加速度极差分析

    Table  9.   Range analysis of the chest C3ms

    KjX1X2X3/kNX4/ms
    K1762757751748
    $\vdots $$\vdots $$\vdots $$\vdots $$\vdots $
    K97477416750748
    R166.916.536.815.9
    下载: 导出CSV

    表  10  胸骨变形量极差分析

    Table  10.   Range analysis of sternum deformation

    KjX1X2X3/kNX4/ms
    K1416312351351
    $\vdots $$\vdots $$\vdots $$\vdots $$\vdots $
    K9251366329329
    R191534343
    下载: 导出CSV

    表  11  右KTH极差分析

    Table  11.   Range analysis of right KTH

    KjX1X2X3/kNX4/ms
    K11.834.014.525.58
    $\vdots $$\vdots $$\vdots $$\vdots $$\vdots $
    K95.804.762.674.59
    R5.031.953.422.60
    下载: 导出CSV

    表  12  左KTH极差分析

    Table  12.   Range analysis of left KTH

    KjX1X2X3/kNX4/ms
    K10.793.262.832.58
    $\vdots $$\vdots $$\vdots $$\vdots $$\vdots $
    K96.032.962.592.47
    R5.391.451.081.40
    下载: 导出CSV

    表  13  右胫骨轴向力极差分析

    Table  13.   Range analysis of axial force of right tibia

    KjX1X2X3/kNX4/ms
    K1185199210215
    $\vdots $$\vdots $$\vdots $$\vdots $$\vdots $
    K9214197202214
    R48222426
    下载: 导出CSV

    表  14  左胫骨轴向力极差分析

    Table  14.   Range analysis of axial force of left tibia

    KjX1X2X3/kNX4/ms
    K1221218.61241.23255.52
    $\vdots $$\vdots $$\vdots $$\vdots $$\vdots $
    K9218240.06247.07226.5
    R14843.5938.7559.95
    下载: 导出CSV

    表  15  WIC极差分析

    Table  15.   Range analysis of WIC

    KjX1X2X3/kNX4/ms
    K19.019.149.528.81
    $\vdots $$\vdots $$\vdots $$\vdots $$\vdots $
    K97.219.109.089.76
    R3.030.460.531.01
    下载: 导出CSV

    表  16  正碰与小偏置碰约束系统参数值

    Table  16.   Frontal impact and small offset impact restraint system parameter value

    名称X1X2X3/kNX4/ms
    正面碰撞 - 1 2.5 12
    小偏置碰撞 3.33 1.29 6.5 14.5
    下载: 导出CSV

    表  17  小偏置碰撞假人损伤值对比

    Table  17.   Comparison of damage values of dummies in small offset impact

    名称WICHIC15FZ/kNC3/gD/mmFL/kNFR/kN
    法规下限-8404907588
    优化前1.5719645.1763.9255149
    优化后0.787062.6872.784746.65
    优化率56%64%48% + 14%15%71%26%
    下载: 导出CSV
  • [1] 张君媛, 纪梦雪, 王楠, 等. 汽车正面25%重叠率碰撞车身前端结构设计[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(1): 57-64.

    ZHANG J Y, JI M X, WANG N, et al. Design of automotive body frontal structure for 25% overlap frontal collision[J]. Journal of Jilin University (Engineering and Technology Edition), 2018, 48(1): 57-64. (in Chinese)
    [2] 中国汽车工程研究院股份有限公司, 中保研汽车技术研究院有限公司. CIASI-SM. PI. SOT-AO. 第2部分: 车内乘员安全指数正面25%偏置碰撞试验规程[S]. 北京: 中保研汽车技术研究院, 中国汽车工程研究院, 2017.

    China Insurance Research Institute of Automotive Technology, China Automotive Engineering Research Institute. CIASI-SM. PI. SOT-AO. Part 2: vehicle occupant safety index small overlap frontal crash test protocol[S]. Beijing: China Insurance Research Institute of Automotive Technology, China Automotive Engineering Research Institute, 2017. (in Chinese)
    [3] NGUYEN P T L, LEE J Y, YIM H J, et al. Analysis of vehicle structural performance during small-overlap frontal impact[J]. International Journal of Automotive Technology, 2015, 16(5): 799-805. doi: 10.1007/s12239-015-0081-7
    [4] 李灿民, 陈永光, 陈东乐. 正面小区域碰撞讨论[J]. 汽车实用技术, 2016, 41(1): 102-104.

    LI C M, CHEN Y G, CHEN D L. Small-area frontal-impact discuss for a vehicle[J]. Automobile Technology, 2016, 41(1): 102-104. (in Chinese)
    [5] 刘学莉. 某SUV小偏置正面碰撞安全性能研究[D]. 秦皇岛: 燕山大学, 2015.

    LIU X L. Study on small overlap front crashworthiness of a SUV[D]. Qinhuangdao: Yanshan University, 2015. (in Chinese)
    [6] 李林峰, 刘卫国, 张君媛, 等. 基于25%小偏置正面碰撞的某乘用车前端结构改进设计[J]. 中国机械工程, 2015, 26(17): 2400-2405. doi: 10.3969/j.issn.1004-132X.2015.17.022

    LI L F, LIU W G, ZHANG J Y, et al. Design and improvement of a passenger vehicle frontal structure based on 25% small overlap frontal crash[J]. China Mechanical Engineering, 2015, 26(17): 2400-2405. (in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1004-132X.2015.17.022
    [7] 汪俊, 李雪玲. IIHS正面小偏置碰撞试验及发展趋势研究[J]. 汽车工程学报, 2017, 7(6): 432-438. doi: 10.3969/j.issn.2095-1469.2017.06.06

    WANG J, LI X L. IIHS small overlap crash test and trend reaserch[J]. Chinese Journal of Automotive Engineering, 2017, 7(6): 432-438. (in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.2095-1469.2017.06.06
    [8] 洪亮, 葛如海. 正面碰撞中基于新型前排安全座椅的后排约束系统优化研究[J]. 汽车工程, 2015, 37(11): 1277-1283. doi: 10.3969/j.issn.1000-680X.2015.11.009

    HONG L, GE R H. A research on the optimization of rear seat restraint system with a new front safety seat for frontal crash[J]. Automotive Engineering, 2015, 37(11): 1277-1283. (in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1000-680X.2015.11.009
    [9] 王国春, 李奇奇, 戴江璐, 等. 基于联合优化方法的汽车碰撞被动安全性研究[J]. 汽车工程, 2017, 39(2): 168-173.

    WANG G C, LI Q Q, DAI J L, et al. A research on the passive safety of vehicle crash based on combined optimization[J]. Automotive Engineering, 2017, 39(2): 168-173. (in Chinese)
    [10] 白中浩, 陈亚枫, 程胜华, 等. 基于不同年龄的自适应儿童乘员约束系统参数优化研究[J]. 机械工程学报, 2015, 51(6): 118-125. doi: 10.3901/JME.2015.06.118

    BAI Z H, CHEN Y F, CHENG S H, et al. Research on the optimization of intelligent child restraint systems based on children of different ages[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2015, 51(6): 118-125. (in Chinese) doi: 10.3901/JME.2015.06.118
    [11] 胡正才, 于多年, 李文强. 某轿车正面安全气囊性能仿真研究[J]. 汽车技术, 2010(11): 24-28.

    HU Z C, YU D N, LI W Q. Simulative research on frontal airbag performance of a car[J]. Automobile Technology, 2010(11): 24-28. (in Chinese)
    [12] 郝琪, 刘卫斌, 肖琪, 等. 小型纯电动汽车正面碰撞分析[J]. 汽车技术, 2019(9): 58-62.

    HAO Q, LIU W B, XIAO Q, et al. Analysis of frontal impact of a mini battery electric vehicle[J]. Automobile Technology, 2019(9): 58-62. (in Chinese)
    [13] 张维刚, 何文, 钟志华. 车辆乘员碰撞安全保护技术[M]. 长沙: 湖南大学出版社, 2007.

    ZHANG W G, HE W, ZHONG Z H. Techniques for passenger protection in vehicle crash[M]. Changsha: Hunan University Press, 2007. (in Chinese)
    [14] 田钰楠, 郝琪, 刘宇, 等. 正面碰撞条件下驾驶员安全气囊的匹配优化[J]. 汽车技术, 2022(4): 38-43.

    TIAN Y N, HAO Q, LIU Y, et al. Driver airbag matching optimization in the frontal impact[J]. Automobile Technology, 2022(4): 38-43. (in Chinese)
    [15] 钮嘉颖, 丁玲, 王星磊, 等. 不同安全带配置和参数对正碰假人伤害值的影响研究[J]. 汽车科技, 2016(2): 50-58. doi: 10.3969/j.issn.1005-2550.2016.02.008

    NIU J Y, DING L, WANG X L, et al. The effects of different configuration and parameters of a safety belt on dummy injury value in the frontal impact[J]. Automobile Science & Technology, 2016(2): 50-58. (in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1005-2550.2016.02.008
  • 加载中
图(7) / 表(17)
计量
  • 文章访问数:  66
  • HTML全文浏览量:  24
  • PDF下载量:  9
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2021-11-01
  • 刊出日期:  2023-12-25

目录

    /

    返回文章
    返回