汽车儿童安全座椅碰撞性能仿真分析与评价及创新.pdf

2014年 8月 机械设计与制适工程 Agu．2014 第 43卷 第 8期 MachineDesignandManufacturingEngineering Vo1．43No．8 DOI：10．3969／j．issn．2095—509X．2014．08．008 汽车儿童安全座椅碰撞性能仿真分析与评价 彭炫权 ，臧孟炎 ，许韶恩 ，萧乃仁 (1．华南理工大学 机械与汽车工程学院，广东 广州 510640) (2．中山市隆成 日用制品有限公司，广东 中山 528400) 摘要：根据欧洲儿童乘员约束系统法规(ECER44)的要求，建立提篮式儿童安全座椅有限元模型 和 1．5岁假人有限元模型，构造安全带约束系统，获得儿童安全座椅碰撞性能仿真分析有限元模 型。应用有限元软件 LS—DYNA仿真分析正碰过程 ，得到碰撞过程 中假人运动形态、假人头部和 胸部的加速度。仿真分析结果与对应的实验结果一致，验证 了儿童安全座椅碰撞有限元模型的 正确性 。 关键词：汽车；儿童安全座椅；ECER44；碰撞性能；有限元仿真；实验评价 中图分类号 ：U491．6 1 文献标识码 ：B 文章编号 ：2095—509X(2014)08—0032—05 随着我国家用汽车保有量的逐年增加，儿童乘 进行正面碰撞仿真分析，并对照实验结果，从假人 车安全问题越来越突出，不良的乘车习惯导致儿童 运动形态、假人头部和胸部加速度3个方面对仿真 乘车安全事故频发。而针对成人设计的常规座椅、 结果进行有效性评价。 安全带约束系统和安全气囊并不能很好地保护儿 1 有限元模型的建立 童，在汽车碰撞事故中，儿童乘员面临的伤亡风险 远远高于成人_lI2J。研究表明，在撞击速度差为 本文通过有限元仿真分析方法，研究一款已通 48km／h的汽车碰撞事故中，儿童乘员将受到相当 过ECER44法规试验，适用于0～1．5岁婴JL(体重 于其身体质量3O至60倍的惯性力作用 。若没 不超过 13kg)的G0+组 国产汽车儿童安全座椅的 碰撞性能。台车碰撞实验装置如图1所示，包括儿 有使用任何约束装置，儿童乘员将被抛出座椅与车 内物体或其他乘员发生撞击，这对于身体还处于生 童座椅、1．5岁假人、安全带与带扣、ISOFIX底座和 ECE座椅等。应用 AltairHyperMesh前处理软件， 长发育阶段的儿童乘员是相当危险甚至是致命 的 J。在乘车中正确使用儿童安全座椅，婴儿 (1 建立整个碰撞实验装置的有限元模型。 岁以下)在交通事故中的死亡率可降低 71％，1～ 4岁的幼龄儿童在交通事故中的死亡率也可降低 54％ Ll5] 。 显然，使用儿童安全座椅是降低儿童损 伤的最有效手段。 目前，我 国汽车儿童安全座椅碰撞性能的评价 仍然主要依赖实验 ，严重制约着相关企业与国外同 行的竞争实力。在设计过程 中通过有限元等数值 分析方法评价和优化产品性能是提高产品质量、降 低开发成本的重要手段之一 6J。本文根据欧洲儿 图 1 汽车儿童安全座椅 台车碰撞实验装置 童乘员约束系统法规(ECER44)的要求，建立了包 括某款提篮式儿童安全座椅、1．5岁假人和约束系 1．1 儿童座椅及 台车模型 统的有限元模型，使用有限元分析软件LS—DYNA 儿童座椅及台车有限元模型如图2所示。儿 收稿 日期：2014—07—26 基金项 目：广东省中山市优势传统产业升级项 目(ZSEI一2012659066)；广东省技术创新项 目(2013389031) 作者简介：彭炫权 (1989一)