應(yīng)用MADYMO進(jìn)行新型約束系統(tǒng)部件的開(kāi)發(fā)

2013-06-22 by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM 來(lái)源:仿真在線

來(lái)源:CAD/CAM與制造業(yè)信息化
關(guān)鍵字:MADYMO 充氣氣墊 OOP 仿真模型

安全帶和安全氣囊在乘用車上的廣泛普及,極大的減小了交通事故中乘員的傷亡,降低了乘員的傷害指數(shù)。然而,在離位(OOP)狀況下,安全氣囊的展開(kāi)往往可能對(duì)乘員,特別是兒童和小身材女性造成傷害。安全帶由于其帶體較窄,與人體的接觸面積較小,在沒(méi)有限力裝置的情況下,極易造成人體體表淤傷甚至胸骨骨折。本文提出了一種可充氣式氣墊,經(jīng)折疊后可縫制在安全帶肩帶上,當(dāng)碰撞發(fā)生后,這個(gè)氣墊充氣并展開(kāi),在安全氣囊與安全帶之間形成額外的保護(hù):1、由于氣墊充氣后具有一定的厚度,因此在碰撞發(fā)生后早期即可與展開(kāi)的安全氣囊發(fā)生接觸,直接對(duì)乘員身體起到緩沖吸能的作用。2、氣墊展開(kāi)后幾乎可以覆蓋乘員的整個(gè)上軀體,使原來(lái)安全帶帶體對(duì)乘員的局部載荷分散到乘員的整個(gè)上軀體上。3、可以降低安全氣囊的觸發(fā)能量,減小對(duì)離位乘員的傷害。本文研究了某微型客車和轎車兩種情況,其中該微型客車未安裝安全氣囊,轎車安裝了安全氣囊,兩種車的乘員約束系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真模型都是應(yīng)用MADYMO 軟件建立的,并且都經(jīng)過(guò)了試車碰撞試驗(yàn)驗(yàn)證,本文在此基礎(chǔ)上,分別討論了在以上兩款車上新型約束裝置的保護(hù)作用。

仿真模型的建立

新型約束部件結(jié)構(gòu)描述

安全帶織帶材料為滌綸長(zhǎng)絲,寬度為50mm 左右,厚度為1.1~1.2mm。氣墊是由兩片邊長(zhǎng)為340mm的正方形織物縫合起來(lái),并與安全帶腰帶縫合。正方形織物的四角需導(dǎo)圓,避免展開(kāi)時(shí)劃傷人體?？p制時(shí),正方形氣墊的對(duì)角線與安全帶長(zhǎng)邊方向重合,充氣氣墊不設(shè)泄氣孔,不設(shè)拉帶。

新型約束部件模型建立

根據(jù)原型設(shè)計(jì),并參考兩種車型的安全帶幾何數(shù)據(jù)建立起此部件的CAD 模型,而后在有限元軟件中進(jìn)行網(wǎng)格劃分。安全帶帶體與氣墊為一體化模型,全部采用三角形單元?jiǎng)澐?共有1208 個(gè)節(jié)點(diǎn),3212 個(gè)三角形單元。(參見(jiàn)圖1)

有限元網(wǎng)格建好后對(duì)氣墊進(jìn)行折疊,然后將單元的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)和單元組成以MADYMO 文件的格式輸入,并使用一個(gè)預(yù)模擬程序來(lái)確定安全帶及折疊好的氣墊的節(jié)點(diǎn)在前碰乘員約束系統(tǒng)中的坐標(biāo)。將計(jì)算出來(lái)的最后時(shí)刻的有限元模型各節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)代回原有的模型中進(jìn)行計(jì)算,觀察有限元網(wǎng)格在計(jì)算中是否穩(wěn)定。若不穩(wěn)定,則要選取其它時(shí)刻安全帶有限元模型各節(jié)點(diǎn)坐標(biāo),再代入計(jì)算,直到網(wǎng)格穩(wěn)定為止。圖2左側(cè)為經(jīng)過(guò)校正的某微型客車乘員約束系統(tǒng)模型,右側(cè)為加裝新型約束系統(tǒng)部件的模型。紫色部分即為經(jīng)過(guò)折疊的可充氣氣墊。

使用相同的方法,在某轎車乘員約束系統(tǒng)模型中也加入了該充氣氣墊,圖3 為該氣墊展開(kāi)后的情形(70ms 時(shí)刻),為觀察方便,圖中隱藏了已經(jīng)展開(kāi)的安全氣囊。

約束效能的改進(jìn)

微型客車約束系統(tǒng)的仿真結(jié)果對(duì)比

微型客車由于制造和使用成本低而成為一種目前特別適合我國(guó)國(guó)情的汽車產(chǎn)品。但由于車體結(jié)構(gòu)及成本的原因,其對(duì)乘員的保護(hù)十分有限。一般的經(jīng)濟(jì)型微型客車很少匹配安全氣囊,又由于轉(zhuǎn)向系的安裝角度較大,車身前部吸能結(jié)構(gòu)較少,一旦發(fā)生碰撞,駕駛員頭部、胸部很可能直接與轉(zhuǎn)向盤盤緣、盤轂,車身內(nèi)飾件發(fā)生二次碰撞,造成致命的傷害。

本文所用的基礎(chǔ)模型為某微型客車48km/h 正面碰撞乘員約束系統(tǒng)模型, 所用假人模型是從MADYMO 假人庫(kù)中提取的第50百分位男性假人。在此基礎(chǔ)上,加裝了可充氣氣墊,對(duì)比兩個(gè)模型的頭、胸部合成加速度曲線及傷害指標(biāo)如下:(圖4、圖5、及表1)

由于該微型客車并未安裝安全氣囊,碰撞時(shí)假人胸部與轉(zhuǎn)向盤盤緣發(fā)生接觸,頭部打在轉(zhuǎn)向盤盤轂上,造成頭、胸部加速度曲線峰值過(guò)大。而加裝氣墊的模型顯然避免了上述問(wèn)題的發(fā)生,極大的保護(hù)了乘員的安全。

轎車約束系統(tǒng)的仿真結(jié)果對(duì)比

該轎車約束系統(tǒng)模型裝有安全氣囊,與安全帶配合,對(duì)假人提供了較好的保護(hù)。在此模型基礎(chǔ)上,加裝了充氣氣墊,并將安全氣囊質(zhì)量流動(dòng)率曲線數(shù)值降低到原來(lái)的80%后,兩個(gè)模型的頭、胸部合成加速度曲線及傷害指標(biāo)對(duì)比如下:(圖6、圖7、及表2)

通過(guò)假人胸部合成加速度曲線的比較可以看出,由于充氣氣墊的作用,假人在大約20ms 左右起受到額外的約束載荷作用,所以合成加速度要比原模型結(jié)果高,從吸收能量的角度,早期對(duì)能量的吸收可使后期出現(xiàn)的加速度峰值減小,且由于氣墊與乘員身體的接觸面積遠(yuǎn)大于安全帶,這樣的情況并不會(huì)使乘員身體由于受到較大局部載荷而受傷。

目前,國(guó)外已經(jīng)有關(guān)于飛機(jī)用可充氣式安全帶腰帶的報(bào)導(dǎo),只要傳感器測(cè)到超過(guò)9G 的減速度,就對(duì)可充氣式腰帶進(jìn)行充氣。本文所述充氣氣墊可以采用和安全氣囊相同的碰撞傳感器,并在ECU 判斷出發(fā)生碰撞后的最早時(shí)刻點(diǎn)火。氣體發(fā)生器可安放在B 柱中,用柔軟的尼龍織物導(dǎo)管與氣墊相連。

結(jié)論

從仿真計(jì)算結(jié)果來(lái)看,這種充氣氣墊能夠?qū)Τ藛T提供額外的保護(hù),并可以通過(guò)安裝此部件來(lái)降低安全氣囊的觸發(fā)能量,以達(dá)到保護(hù)離位乘員的目的。對(duì)未安裝安全氣囊的微型客車,更能極大的保護(hù)乘員的安全。但仿真結(jié)果中也發(fā)現(xiàn)了此部件的一些問(wèn)題,即與原仿真模型相比,假人胸部壓縮量指標(biāo)并沒(méi)有顯著的提高,這可能與氣墊對(duì)胸部的加載時(shí)間有關(guān)。利用MADYMO 軟件和仿真方法,下一步可以繼續(xù)探討不同充氣氣墊形狀、不同織物泄氣率對(duì)乘員傷害指標(biāo)的影響。研究可充氣氣墊對(duì)不同百分位假人及女性假人的影響。研究該裝置是否可以擴(kuò)展到前排乘員及后排乘員。

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