汽车侧面碰撞中头胸部安全气囊的优化研究摘要:为减少汽车侧面碰撞中驾驶员胸腹部的综合伤害,并保证头部HIC值满足C-NCAP的法规要求,采用有限元分析模型、逐步回归代理模型和序列优化方法对头胸部气囊进行了优化设计。以验证过的汽车有限元模型为基础,建立了一个L型头胸部气囊的有限元仿真模型。模拟了侧面安全气囊在侧碰撞条件下的响应过程,优化分析了气囊设计参数,从而进一步提高了该车的综合安全性能,进而对其优化解的可靠性进行了评估。研究结果表明:安全气囊材料泄气参数为0.0408,气囊体积约为10.32L,起爆时间为10ms为最优,得到侧面碰撞的综合伤害评估值下降了16%,且保证了头部HIC值满足法规要求。关键词:侧面碰撞;头胸部气囊;代理模型;优化:U461.91文献标识码:AResearchonOptimizationofThorax-HeadAirbagforVehicleSideImpactYang激kuangWuYajunZhangBin(StateKeyLaboratoryofAdvancedDesignandManufactureforVehicleBody,HunanUniversity,Changsha410082)Abstract:Tominimizethorax-abdomeninjuriesinsideimpactandtobesurethatHICmetC-NCAPrequirements,anoptimizationdesignofhead-thoraxairbagwasconductedbyusingthevalidatedFEmodels,thestepwiseregressionsurrogatemodel,andsuccessiveoptimizationmethod.AnL-shapehead-thoraxairbagmodelwasestablishedandinstalledonavalidatedvehicleFEmodel.Theresponseprocessoftheairbaginsideimpactwassimulatedincombinationwithdrivermodel.Theairbagdesignparameterswereanalyzedandoptimized.Sotheintegratedsafetypropertyofthiscarwasimproved,andthereliabilityofoptimizingresultshadalsobeenevaluated.Theresultsfromthisstudyshowthatmaterialspermeabilityparameters0.0408,airbagsfortheinitialvolumeof120percent,switchtime10ms,sothatthecomprehensiveassessmentvalueofsideimpactdeclinedby16percent,andensuretheinjuryvalueHICtomeettherequirements.Keywords:SideImpact;Head-thoraxAirbag;SurrogateModel;Optimization据统计,侧面碰撞事故约占事故总数的30%,仅次于正面碰撞,而在造成死亡和重伤的事故中,侧碰事故约占35%[1]。汽车被动安全可分为安全车身结构和乘员保护系统两大类。其中,安全车身结构主要是为了减少一次碰撞带来的伤害,而乘员保护系统则是为了减少二次碰撞造成的乘员损伤或避免二次碰撞。汽车安全气囊作为一种辅助的乘员约束系统,主要用来防止乘员在事故中与车体内饰件的二次碰撞[2]。减少在侧面碰撞中人体损伤是一项重要的任务,不仅要保护头部,也要保护胸部和骨盆[3]。根据轿车在侧面碰撞仿真分析中假人头部与B柱发生了碰撞的情况下,国内缺乏深入的分析研究,为了减少驾驶员损伤值,设计了L型头胸部气囊,可以同时对头部和胸腹部起到防护作用。汽车乘员约束系统输入信号复杂,输出多目标值。同时由于瞬态发生的大变形,系统具有较强的噪声和非线性[4]。而对于优化设计后的约束系统,数学上的优化结果不能保证系统对外界扰动时的稳健性。设计变量的扰动可能导致结果违背约束条件。因此,从工程意义上讲,对于一个设计优化值,应该对其可靠性[5]进行评价。对乘员约束系统的研究除了采用实车和台车碰撞试验外,计算机仿真研究具有不可替代的作用,它不仅能够减少碰撞试验次数,节省开发成本,同时还能够在概念设计阶段进行虚拟碰撞试验,缩短研发周期[6]。本文运用MADYMO[7]软件建立L型有限元头胸部气囊和人-车的仿真模型,运用计算机试验设计(DOE)技术,建立设计目标的逐步回归代理模型,利用二次规划算法对回归代理模型方程在满足头部损伤约束的条件下求解侧面碰撞的综合伤害评估优化值。1侧面仿真模型的建立1.1气囊模型的建立气囊建模采用三节点线性膜单元MEM3,依据实际气囊尺寸建立,共有2298个节点和4592个单元,并用MADYMOFolder模块对安全气囊进行折叠。气囊模型的材料参数采用MADYMO自带并经过验证的侧面胸部气囊A_thorax_airbag_gf的参数。其材料类型为各向异性线弹性材料,这种源于织物特性的材料可以定义独立的剪切模量,将Tensiononly设置为On,抗压能力强于抗拉能力。气囊的厚度属性为0.3mm,且参数与MA...