37200字硕士毕业论文行人防撞车辆前端结构快速纠偏设计研究
论文类型：硕士毕业论文
论文字数：37200字
论点：下肢,碰撞,行人
论文概述：
首先从交通事故统计的角度介绍了行人保护研究的重要意义，然后通过回顾行人保护研究的主要方法介绍模块试验方法的提出和应用现状，并介绍了下肢模块试验方法的细节，最后从车前端结构
论文正文：
第一章引言
1.1国内外人车碰撞事故现状
1.1.1人车碰撞事故统计
道路交通伤害是一个重要的全球公共安全问题，全世界每年约有5000万人遭受道路交通事故，相当于世界五大城市的总人口[1]。世界上第一次有记录的致命交通事故是汽车行人事故(伦敦，1896年)[2]。统计数据显示，行人碰撞死亡人数在交通事故总数中所占比例较高。每年，欧洲约有7000人死于车与人之间的碰撞，约有数十万人在[交通事故中受伤。2006年
1.2行人保护评价方法研究
为了评价前端结构设计对行人保护的影响，现有研究主要依靠计算机模拟和测试[16]。近年来，人们致力于建立准确有效的行人保护评价方法。尸体试验、行人假人和精确的人体模型都是用来研究人体组织结构的损伤机理和分析人体在碰撞中的反应。考虑到试验的重复性和易操作性，在法规试验中采用了模块试验方法来评价真实车辆的行人保护性能。人体试验、人体假人试验和人体有限元模型作为行人模块试验方法的理论基础，为模块试验方法的提出和改进提供了支持。中国约有23，000名行人死于交通事故。世卫组织)世界卫生组织(世卫组织)2009年报告公布了各国交通事故总数中行人死亡的比例:中国为26%，日本为32%，韩国为37%，英国为21%，巴西为28%(2006年和2007年数据)，并分别按地区和收入水平进行了统计(图1.1)。尽管美国行人与车辆碰撞的死亡率不高，但平均每6分钟就有一名行人受伤，每107分钟就有一名行人死亡，
在下肢模块与汽车前部结构碰撞期间，下肢模块自由飞行。由于膝关节的变形，下肢模块在碰撞过程中是多自由度刚体的无约束运动。当下肢模块与车辆前部结构的中心部分接触时，可以假设下肢模块的运动是刚体平面运动；当下肢模块与车辆前端结构的边缘部分接触时，下肢模块的运动还包括绕轴向旋转的运动，但是在碰撞过程的“阶段1”中沿轴向旋转的角度很小，并且仍然可以假设为刚体平面运动。本章通过分析汽车碰撞过程中下肢模块的运动规律，建立了冲击力作用下下肢模块动力学模型的近似解析解，直接反映了汽车前部结构参数对下肢模块损伤指标的敏感性。基于解析解，讨论了下肢模块碰撞损伤参数的控制策略。。行人与车辆碰撞造成的人员伤亡给家庭和社会带来了心理创伤和经济损失。因此，开展行人碰撞安全性研究具有重要意义。中国的行人保护问题值得更多关注。《道路交通事故统计年鉴》显示，从2004年到2007年，行人死亡约占[事故总数的25%。这是因为我国人口众多，而且近年来，我国的汽车生产、销售和拥有量都大幅增加，这导致了更多的混合交通状况。此外，机动车驾驶员和行人遵守交通规则的意识薄弱也是
2.1车辆前端结构特性分析及局部刚度概念汽车事故频发的原因之一。因此，我国行人碰撞安全事故频发，研究行人碰撞被动安全的必要性更加突出。
1.1.2行人伤害统计
在人车碰撞过程中，行人的下肢首先与车辆保险杠碰撞，然后行人的臀部、上身和头部依次与发动机罩和挡风玻璃碰撞，如图1.2所示。行人-车辆碰撞后的着陆过程也可能导致伤害，但是由于影响行人-地面碰撞(二次碰撞)伤害的因素太多，现有研究中很少有二次碰撞涉及[8，9]。一些交通事故统计研究表明，“二次碰撞”中人体伤害的比例和严重程度低于人体-车辆碰撞中的比例和严重程度[10，11]。由于通过改进车辆
行人-车辆碰撞防护研究是近年来车辆被动安全的研究方向之一。随着行人保护法规的实施，国内外汽车开发过程中积累了一些行人下肢保护设计经验，并提出了降低下肢模块损伤指数的设计方案。然而，行人-车辆碰撞保护的设计仍然有相当大的技术挑战。在汽车行业汽车模型的设计和开发实践中，下肢模块碰撞防护的前端结构设计仍然主要依靠工程经验。在深入分析前端结构设计参数对下肢模块损伤指标影响机理的基础上，建立了参数化分析模型，为协调前端结构建模、部件布置以及车辆模型预设计中预留碰撞能量吸收空之间的竞争关系提供了依据。通过引入和改进空之间的映射算法，为车辆开发后期的设计改进提供了有效的优化工具。本文的主要内容包括三个部分。第一部分是理论框架，深入分析了前端结构参数对下肢模块损伤指数的影响机理，估算了前端结构的储备能量吸收空，为车辆前端设计提供指导。第二是优化平台。通过对传统三区参数模型的改进，提高了参数模型与实车精确模型的相似性，并引入空之间的映射优化算法对实车精确模型的参数进行优化，从而提高了优化效率。第三，概念设计，以梯形薄壁吸能结构为例，应用空之间的映射优化算法对薄壁吸能结构的截面形状进行优化，以满足行人下肢模块碰撞试验的要求。
首先，分析了前端结构参数对下肢模块损伤指数的影响机理，为前端结构的早期设计提供了指导。通过建立下肢模块刚体动力学模型，简化膝关节刚度，得到下肢模块损伤指数的近似解析解，并通过有限元仿真验证近似解析解与下肢模块损伤指数的相关性。基于动力学方程的近似解析解，分析了下肢模块胫骨加速度峰值、膝关节弯曲角度和剪切位移峰值的控制策略。为了降低下肢模块的胫骨加速度峰值，应着重分析碰撞的“阶段1”，以降低车辆前端下肢模块上每个区域的碰撞力。为了减小膝关节的峰值弯曲角度，应着重分析碰撞的“第二阶段”，并综合考虑下肢模块的惯性力和保险杠碰撞力。为了减小膝关节的剪切位移，应降低保险杠吸能结构的刚度。基于下肢模块和车辆前端结构的有限元模型，对车辆前端之间的能量吸收空进行了较为准确的估计，为早期设计中能量吸收空值的确定提供了理论支持。能量分析结果表明，下肢模块的初始动能只有约三分之一被车辆前端结构吸收，下肢模块的膝关节变形可吸收约10.1%的初始动能，下肢模块的外部应用材料变形可吸收约16.9%的初始动能。在能量分析的基础上，引入能量转化率、能量吸收效率和有效质量系数三个参数，改进了现有的能量吸收空之间的估计方法。通过实验设计，计算了上述三个参数的值，得到了更合理的能量吸收空估计值。
车辆前端结构参数化模型广泛应用于行人下肢模块碰撞保护的参数化分析。然而，传统的三区参数模型不能反映真实车辆结构的碰撞响应。提出了一种四区域模型，将保险杠区域的能量吸收结构分为两部分进行模拟，准确反映真实车辆对下肢模块膝关节区域的撞击点。在本文建立的参数模型中，用非线性弹簧代替真实车辆的能量吸收结构，用碰撞块与真实车辆前部结构碰撞试验方法测量车辆前部结构的局部刚度，反映下肢模块与车辆碰撞的局部变形特性。插值方法得到的动态刚度曲线反映了真实车辆吸能结构的速率相关特性。为了提高优化设计的效率，将空之间的映射算法引入到前端结构参数的优化设计中。在下肢模块碰撞防护设计中，精度较高的实车前端有限元模型往往计算效率较低。空之间的映射优化算法允许设计者使用低精度和高计算效率的粗糙模型作为辅助设计工具来优化精细模型。与传统的响应面优化方法相比，空之间的映射优化算法大大减少了精细模型的计算次数，优化效率高于基于响应面的直接优化方法。的前端结构可以在一定程度上减少行人伤亡人数，现有研究主要考虑车辆前端结构的设计改进以保护行人。对交通事故数据的深入分析表明，头部受伤最有可能导致行人死亡，而下肢是碰撞中最脆弱的部分。文献
参考
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[10]奥特·德，波勒曼·特。道路上汽车碰撞后对成年行人二次影响的分析和载荷评估[。国际撞击生物力学研究会议录，英国马恩岛，2001:143-157。
统计了澳大利亚、德国、日本和美国的行人碰撞事故数据(表1.1)。下肢和头部中度和重度损伤的比例分别为32.4%和31.4%。文献
第3章能量吸收空基于能量分析........48
3.1下肢模块与车辆前端碰撞过程的能量分析........48
3.1.1下肢模块与车辆碰撞有限元模型的建立........48
3.1.2实验设计和结果分析........52
3.2能量分析用于估算前端结构的能量吸收空...57
3.3概述...66
第4章前端结构参数模型的建立...67
4.1前端结构局部刚度曲线的确定...67
4.1.1与车辆前端碰撞时下肢模块的接触特性…… 67
4.1.2真实车辆前端结构碰撞接触特性的测量…… 68
4.2车辆前端结构参数模型的建立…… 72
4.3总结和讨论…… 80
第5章考虑行人下肢碰撞保护的原理和应用.......81
5.1结构优化算法...81
5.2前端接头...90
5.2.1采用响应面优化方法建立...90
5.2.2四个区域参数化结构的优化结果与分析...93
5.3前端连接概述...96
5.4 by 空制图方法........115分析了293起个人撞车事故，发现下肢和头对车相撞的受伤率分别为66.1%和42.8%。行人下肢与汽车前部结构的碰撞损伤主要包括胫骨骨折和膝关节损伤。虽然下肢受伤通常不会导致死亡，但膝关节受伤通常是无法治愈的[15]。因此，通过优化汽车前端结构来保护行人下肢具有重要意义。
[4]
第2章行人下肢模块与车辆碰撞过程分析
[6]
[7]
2.1.1车辆前端结构的几何特征分析
与行人下肢模块碰撞相关的前端结构主要包括保险杠外罩、保险杠和副保险杠吸能结构、保险杠横梁、进气格栅和发动机罩前缘(称为“发动机罩前缘”)等。由于进气格栅的刚性相对较低，行人的下肢在与车辆碰撞时主要受到保险杠、辅助保险杠和发动机罩前缘的碰撞力的影响。汽车前端的结构特征随车型而异，汽车前端的几何参数直接影响行人下肢碰撞损伤的参数。文献[对33辆汽车、16辆越野车和8辆小客车的前部形状进行了统计分析。汽车前端结构的几何轮廓由以下特征参数表征(图2.1):保险杠中心高度Zm、发动机罩前缘高度Zu、副保险杠高度Zl、发动机罩前缘偏移量Xu、副保险杠偏移量Xl。每种车型的几何特征参数范围如表2.1所示。
2.1.2车辆前端结构局部刚度概念
在参数敏感性研究中，车辆前端结构通常简化为三部分能量吸收结构:发动机罩前缘、保险杠和副保险杠区域。通过测量真实车辆前端结构三部分的局部刚度，可以充分反映车辆前端结构的刚度特性，从而预测下肢模块损伤参数与行人下肢模块碰撞时的响应。提出局部刚度的概念来解耦车辆的前端结构，为概念设计阶段的参数化研究提供刚度数据信息。本文将局部刚度定义为车辆前部结构与行人下肢模块碰撞时局部区域的碰撞力和侵入位移曲线。局部刚度的概念已出现在一些研究文献中。在行人保护研究中，组件设计公司佛吉亚通过台架试验[93]测量保险杠区域的刚度曲线，如图2.2所示。通过加速7公斤圆柱形碰撞块与前端局部结构碰撞，测量圆柱形碰撞块上的加速度，得到侵入位移和碰撞力，得到前端结构的局部刚度曲线。保险杠结构相当于三个系列弹簧。如图2.3所示，保险杠外罩的变形刚度等于K1，泡沫能量吸收结构的刚度等于K2，保险杠梁的刚度等于K3。通过局部刚度测量，发现保险杠外罩刚度对整体刚度影响不大，吸能泡沫刚度适中，保险杠横梁刚度较大，容易导致加速度峰值超标。
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结论
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