某轿车座椅头枕防挥鞭伤性能的研究及改进--《吉林大学》2011年硕士论文
某轿车座椅头枕防挥鞭伤性能的研究及改进
【摘要】：当代汽车在开发设计中,安全性已经成为一个非常重要的领域。在交通事故中,追尾碰撞占很大的比例。而绝大多数的追尾碰撞都会造成乘员的颈部伤害。低速追尾碰撞中的颈部伤害,可导致颈脊骨伤害以及颈部的长期疼痛,给社会带来巨大的经济损失。改善座椅头枕防挥鞭伤性能,具有现实的经济和社会意义。
本文的目的是对国产某轿车座椅头枕防挥鞭伤性能进行改进。
本文采用CAE分析技术能够对追尾碰撞中座椅和假人的运动过程进行有效预测,节省了开发的时间和开发的成本。使用座椅有限元模型和MADYMO中的BioRIDⅡ多刚体假人,利用LS-DYNA/MADYMO耦合方法建立追尾碰撞座椅仿真系统,利用颈部损伤准则NIC对其进行评价,对原座椅进行防挥鞭伤性能分析。通过改变座椅头枕泡沫材料的方法,使性能得到了改善,但与预期的目标仍有一定的距离。
为了进一步的改进,本文尝试使用主动式头枕,并进行了一种新型主动式头枕的结构设计。此头枕与现有的主动式头枕相比,不仅能在触发后向前运动,缩短乘员头部和头枕间的距离,还考虑到不同坐高的乘员,使用了主、副头枕枕面。当正常驾驶时,副枕面折叠在主枕面的后方,一旦触发后,副枕面弹起,与主枕面处于同一平面,构成头枕主体,增加了乘员头部与头枕的接触面积,最大限度的适应各类人群。根据不同车型的需要,设计又分为纯机械式机构和机电一体式机构。纯机械式机构包括头枕总成、触发总成和联动总成。而机电一体式机构还包括传感器和电机,并设计了相应的电动控制流程图。
根据机构设计,完成主动式头枕的几何建模,模拟其运动过程。为了验证主动式头枕的有效性,建立主动式头枕的有限元模型,与原座椅有限元模型集成,再次进行CAE仿真。通过仿真验证,改进后的座椅头枕使乘员减小了大约55%的颈部挥鞭伤害,实现该轿车座椅头枕挥鞭伤防护性能的大幅度提高,并为其它车型的防挥鞭伤性能改进以及主动式头枕的开发提供参考。
【关键词】：
【学位授予单位】：吉林大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2011【分类号】：U491.6【目录】：
摘要4-6ABSTRACT6-9第一章 绪论9-15 1.1 汽车追尾碰撞事故中的颈部损伤9-10 1.2 追尾碰撞中的颈部运动10-11 1.3 汽车座椅头枕的发展11-12 1.4 汽车座椅头枕相关法规12-13 1.5 本课题的研究内容13-15第二章 颈部损伤的研究及评价准则15-21 2.1 颈部损伤的研究历史与现状15-17 2.2 颈部损伤机理17-18 2.3 颈部损伤的评价准则18-19 2.4 本章小结19-21第三章 原座椅头枕防挥鞭伤CAE 分析及性能改进21-34 3.1 追尾碰撞座椅仿真模型的建立21-27
3.1.1 追尾碰撞研究的假人模型21-22
3.1.2 座椅有限元模型的建立22-24
3.1.3 颈部损伤指标评价的选择24
3.1.4 汽车追尾碰撞仿真试验模拟24-27 3.2 原座椅头枕防挥鞭伤CAE 分析27-30 3.3 原座椅头枕性能改进30-33 3.4 本章小结33-34第四章 一种主动式头枕的结构设计34-48 4.1 主动式头枕的研究状况34-38
4.1.1 主动式头枕34
4.1.2 主动式头枕的原理34-35
4.1.3 几种主动式头枕的技术对比35-38 4.2 主动式头枕结构设计38-45
4.2.1 概念设计38-39
4.2.2 纯机械式机构设计39-43
4.2.3 机电一体式机构设计43-45 4.3 主动式头枕的CATIA 模型的建立和运动仿真45-47 4.4 本章小结47-48第五章 座椅主动式头枕的防挥鞭伤性能验证48-54 5.1 主动式头枕有限元模型的建立48 5.2 主动式头枕防挥鞭伤CAE 验证分析48-51 5.3 主动式头枕与原座椅头枕的性能对比51-54全文总结及展望54-56参考文献56-60致谢60
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