汽车驾驶员安全气囊的约束系统及仿真优化研究

汽车碰撞与安全论文范文第三篇：汽车驾驶员安全气囊的约束系统及仿真优化研究

　　摘要：通过计算机仿真方法研究驾驶员安全气囊的保护效果。建立驾驶员安全气囊模型以及约束系统模型，并进行有效性验证，进行仿真分析。通过正交试验进行优化，确定约束系统参数。结果表明，在正面碰撞中，优化后的驾驶员安全气囊对假人保护效果更好。

　　关键词：驾驶员安全气囊；约束系统；仿真优化；

　　作者简介：姜强，硕士，就读于辽宁工业大学。研究方向：车辆系统动力学及控制。；

　　基金：辽宁省自然基金项目（编号201602369）资助；

　　Abstract:The protection effect of the driver's airbag is studied by computer simulation. Establish a driver airbag model and a constraint system model, and verify the effectiveness and perform simulation analysis. Optimization by orthogonal experiment to determine the constraints of the system parameters. The results show that in the frontal collision, the optimized driver airbag has better protection effect on the dummy.

　　Keyword:driver airbag; restraint system; simulation optimization;

　　前言

　　驾驶员安全气囊是汽车被动安全辅助装置[1,2],当发生正面碰撞时，驾驶员安全气囊在驾驶员与车内饰之间瞬间展开，驾驶员头部因惯性与灌满气体的气囊接触，驾驶员头部达到缓冲，起到保护作用。通过建立和优化标准的正面碰撞模型，并通过汽车实际碰撞试验数据进行验证，模拟驾驶员的防护效果，对驾驶员安全气囊的结构进行优化。

　　1 驾驶员安全气囊建模与验证

　　本文采用MADYMO软件里自带的驾驶员安全气囊模型，通过MEM3单元进行网格划分。使用MADYMO软件中的FOLDER模块，对未折叠的帘式气囊进行折叠，建立FE_MODEL,通过MADYMO软件对气袋材料、气囊类型、气囊外界环境温度、气压、气体成分等进行定义。最后通过AIRBAG_CHAMBER定义气体发生器。将建立好的驾驶员安全气囊模型进行仿真计算。

　　图1 气囊体积变化实验与仿真对比

　　图1是建立的驾驶员安全气囊仿真模型静态起爆时，气囊体积变化与实验对比。可以看出，驾驶员安全气囊仿真模型和试验展开过程体积变化比较吻合，验证了驾驶员安全气囊模型展开时间、形状的有效性。通过静态起爆实验，模拟值与实验值基本一致，可以进行下一步研究。

　　2 驾驶员约束系统建模与验证

　　基于MADYMO软件，建立正面碰撞车体需要利用PSM子结构思想，建立好的正面碰撞车体能够模拟碰撞后的变形情况。采用上文已验证的气囊模型，从MADYMO软件中提取50百分位HybridⅢ型男性假人。上述已验证驾驶员安全气囊模型与车身和假人模型相匹配，建立约束系统模型。

　　图2 驾驶员约束系统模型

　　图3是仿真与实验假人头部合成加速度曲线对比。由图可知，两条曲线趋势大体相同，峰值数值比较接近，吻合程度远大于85%,所以该模型是有效的。

　　图3 仿真与实验假人头部合成加速度曲线对比自

　　3 驾驶员安全气囊参数优化

　　利用正交实验的极差分析法对安全气囊相关参数进行优化[4].本文针对气袋直径、排气孔直径、质量流量三个因素进行分析研究。通过三个参数进行正交试验，运用极差分析法对结果进行优化，确定最佳约束系统参数。将排气孔直径、质量流量、气袋直径分别记为X、Y、Z.排气孔直径分别设为34mm、36mm、38mm;质量流率分别设为0.85、0.95、1.05;气袋直径分别设为675mm、690mm、715mm.在适当的范围内，三个因素中每一个都有三个层次，进行正交试验。共有9个实验可以反映实验的所有信息，测得的HIC值分别是692.85、710.63、876.17、778.64、655.32、439.58、687.38、405.81、423.39.

　　头部伤害指标简称HIC[5],HIC是一个无量纲的物理量，计算公式如下（1） , MADYMO软件每次仿真结束之后可以直接输出该物理量。

　　式中，t1、t2是任意的两个时间点，a （t） 为合成加速度，通常用重力加速度G的倍数来表示。

　　表1 HIC极差分析

　　由表1 HIC值极差分析得出，RY<RZ<RX,说明三个因素中，主要影响因素是排气孔直径，其次是气袋直径之后是质量流率。又因为KX3<KX2<KX1、KY3<KY2<KY1、KZ1<KZ2<KZ3,所以HIC的因素优水平是X3Y3Z1.

　　图4 优化前后假人头部和成加速度仿真对比

　　图4是假人头部合成加速度曲线试验和优化前后CAE仿真对比，由图可以看出，假人头部峰值加速度曲线的优化效果。法规中高低性能限值分别对应500与700,优化前HIC值为541.86,优化后HIC值为382.74.可以看出优化后的HIC值达到C-NCAP法规最大性能限值标准。

　　4 结论

　　汽车驾驶员安全气囊在汽车被动安全领域是非常重要的。基于MADYMO软件建立约束系统模型，通过正交试验的极差分析法对模型进行优化。通过仿真曲线可以看出优化后的驾驶员安全气囊对头部具有良好的保护效果，所研究的方法具有一定的理论基础和实践意义

　　参考文献

　　[1]杨烁汽车正面碰撞中假人头颈部仿真研究[D].吉林大学，2017.

　　[2]梁阿南。某乘用车智能安全气囊匹配研究[D].吉林大学，2011.

　　[3]王清，段敏基于MADYMO的驾驶员安全气囊仿真优化[J]汽车实用技术，2017 （19） :34-36.

　　[4]王富强，蔡君，乔维高驾驶员安全气囊的仿真优化[J]轻型汽车技术，2011 （04） :19-22.

　　[5]李亚明。基于C-NCAP汽车正面碰撞驾驶员侧约束系统匹配与优化[D].辽宁工业大学， 2017.