收稿日期:2008-03-24汽车乘员约束系统的参数分析及仿真研究陶海龙刘岩(上海大众汽车有限公司【摘要】应用MADYMO软件建立汽车乘员约束系统的仿真模型,分析了安全带系统和座垫刚度特性对汽车乘员碰撞响应的影响,仿真结果经试验得到验证。最后通过对约束系统进行参数相关性分析和仿真研究,得到了对汽车乘员约束系统开发有指导性的结论。【主题词】仿真模型约束系统汽车0引言本文利用MADYMO软件对约束系统的参数进行研究。MADYMO软件是由荷兰TNO道路车辆研究所开发的,现在已广泛应用于汽车碰撞时乘员约束系统的分析和设计。该软件是多体系统和瞬态显式有限元一体化的商品化软件,多体系统主要用于模拟整体响应(如碰撞假人、汽车悬架、机械系统等,有限元用于模拟结构大变形(如气囊、安全带、碰撞假人局部结构、汽车车身结构部件等,如图1所示。图1MADYMO软件的结构示意图1仿真模型的建立及试验验证111模型建立使用MADYMO软件建立仿真模型时,主要考虑下列几部分的内容。(1假人仿真模型中的假人为PART572D(HybridⅡ假人。模型由13个刚体组成,即:下躯干、脊椎、上躯干、颈部、头部、左上臂、左下臂、右上臂、右下臂、左大腿、右大腿、左小腿、右小腿。整个假人一共使用了16个椭球,即:下躯干、脊椎、上躯干、肩部、颈部、头部、左上臂、左下臂、右上臂、右下臂、左大腿、左小腿、左脚、右大腿、右小腿、右脚,这些椭球分属于上述的不同刚体;所有的椭球都具有一定质量和尺寸,其基本的几何和力学参数从MADYMO数据库中提取。假人的初始位置和方位则可以通过修改骨盆的质心位置进行调整。(2安全带模型的具体结构描述如下:?其中与假人表面发生接触作用的部分采用有限元建模。使用的单元为三点式膜单元,材料为迟滞材料类型。单元网格在ANSYS上划分,一共有60个单元,51个节点,单元的真实坐标可以通过一个预模拟获得;所有的单元具有相同的几何尺寸厚度。?不与假人接触的部分采用传统的弹簧-阻尼模型,即MADYMO中标准的力元。它们分别在端点处与一个有限元节点相连,各段具有相同的力-变形特性(织带特性;安全带的织带特性由静态加载和卸载试验获得。?卷收器用刚性椭球描述,通过点约束与绝对坐标系相连;卷收器特性用力-位移函数表示。(3台车环境座椅的靠背和座垫都用刚性平面建模,表示座垫的刚性平面通过点约束与绝对坐标系相连。靠背平面和座垫平面则用动力旋转铰连接,座垫刚度从试验中获得。台车环境除座椅外还包括地板、脚踏板、方向盘与仪表板,其中脚踏板与地板成一定角度,供乘员放置脚。(4接触在MADYMO中,相互作用被定义为接触。对于乘员与约束系统即环境的关系,定义了一系列的接触,其中平面与椭球的接触有:座垫与下躯干的接触、座椅靠背与下躯干的接触、座椅靠背与脊椎的接触、座椅靠背与上躯干的接触、脚踏板与左脚的接触、脚踏板与右脚的接触。椭球与椭球的接触有:转向盘与下躯干的接触、转向盘与上躯干的接触、转向盘与头部的接触。(5加速度场前碰中,由于乘员和约束系统的质量参数与台车或实车相比非常小,因此,乘员运动对台车或实车响应的影响可以忽略。在计算机建模时,可以将乘员的运动从台车响应中隔离出来,将模型中的乘员环境(台车视为惯性空间,而对系统的外部作用定义为两个加速度场,一个是作用于人体且方向垂直向下的重力加速度g;另一个是水平方向的减速度,该减速度即为台车试验中测得的台车减速度响应。112模型的试验验证为了验证模型的正确性,采用了以下试验方案进行台车碰撞试验。碰撞形式:正前碰;假人:50百分位男性标准Part572D型假人;约束形式:安全带,座椅;信号测量方式:电测量;测量信号:头部X、Y、Z3个方向的加速度,胸部X、Y、Z3个方向的加速度。试验装置由机械台车、固定障壁、吸能器、台车牵引系统、控制系统和数据采集系统构成,如图2所示。整个碰撞试验过程由控制系统进行监控,可根据碰撞速度的不同要求将台车牵引到不同位置,然后释放台车,使其在橡皮绳的作用下与固定障壁进行碰撞,获得要求的碰撞减速度波形。数据采集系统由微机(内置数据采集卡、电荷放大器、2个光电测速传感器、7个加速度传感器、1个碰撞触发传感器组成。光电测速传感器用来测量台车的碰撞速度,7个加速度传感器分别...
