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1、同济大学汽车学院博士学位论文燃料电池轿车碰撞安全性分析姓名：王宏雁申请学位级别：博士专业：车辆工程指导教师：洪善桃;万钢20031106燃料电池车碰撞安全性分析摘要燃料电池汽车作为新世纪最有前途的产品，已经成为全球性共识。我国战略性地将燃料电池汽车的研发列入8 6 3 项目，是希望在新能源汽车领域与世界位于阍一起跑线上，高起点振兴民族汽车工韭。进行燃料电池轿车碰撞安全牲研究的爨戆，就是要将安全矬概念贯穿于整个轿车的秀发过程，在研制初期，就能够对整车安全性能进行预测，以此指导整车总布鬣及结构的设计；并通过这项研究掌握采用动力学方法和有限元方法进行碰撞仿真计算的技术，积累设计经验。在本课题的研究过
2、程孛，博采众长，坚持创赫，在综合分析总结前人研究经验的基础上，将实车碰撞试验研究与仿真计算分析方法结合起表，统一车身耐撞性有限元计算分析与乘员在约束系统作用下的运动响应的多体动力学分析，采用整车虚拟磁撞试验法进行燃料电池轿车的碰撞安全桎研究，卵建蠢一个集车辆、人体模型及乘员约束系统羔者于一体的完整的车辆模型，以国家安全法规为依据，进行各秸磁撞型式的整睾虚拟碰撞试验，利用仿真计算结果进行燃料电池轿车的碰撞安全性分析，直接预测乘员的伤情指标。本课题主要研究内容是借助于R A M S I S 和P A M 软件，采用动力学方法和有限元方法建立燃料电池轿车的五彝碰撞、侧羲瑾撞、适尾碰撞，以及在正舔碰撞
3、下乘曼运动响应的虚拟碰撞试验模型，进行仿真计算，来研究类框架式车身结构、安全带的型式、座椅的结构与位麓、吸能式转向系统的结构、人体生理结构及驾乘姿势之间的关系；分析燃料电池轿率在正面、侧面和追尾等各种碰撞型式下，类框架式车身结构的变形、乘员的安全槛、动力系统零部件的布鬣安全注季口离压电器及氢系统的安全拨；探讨在正面碰撞过程中，乘员的运动响应和约束系统的作用。其中的关键技术在于座椅、安全带、转向系统和人体的运动学和动力学模拟计算，并且计算结果与试验结果的对比精度误差应在2 0 以下。在研究过程审主要进行了如下盖作：分析圈内外有关汽车被动安全性研究的技术状况争发展趋势，从中总结研究重点和方法；综合
4、分析影响汽车被动安全性的因素，确定研究的主要着手方面；研究、掌握汽车碰撞模拟分析的有限元方法的基本理论，探讨提高模拟精度的方法；分析、研究燃辫电池轿事碰撞安全娃的特点、蠢容和方法；建立基于母型车秀发燃料电池轿车的各种碰撞型式下的整车皮拟碰撞试验计算模型；根据燃料电池轿车在各种碰撞型式下安全性指橡的仿真计算结果，与母型车进行对比，分析类框架式车身结构的耐撞性并提出优化设计建议；建立乘员及其约束系统的正面碰撞计算模型，进行人体的运动响应和约束系统功效的分析，并完成燃料电池轿枣正面碰撞过程中凑员运动响应模拟参数的研究；根据仿真诗算得到戆试验中的伤情指数，预测燃料电池轿车的乘员安全性能否满足相关国家安
5、全通过课题研究，创立了一整套美于虚拟碰撞试验的研究方法，尤其是在模方法土的创新，使得这套计算方法可靠显有效。采蹋翻新研究方法进行舔安全性分析得到了可喜的成果，为燃料电池轿每研发初期的车身改进设计提考依据，同时也比较全面地掌握了采用有限元方法计算碰撞安全 生l 均模拟技术，积累了许多建模经验。通过采用虚拟碰撞试验法对燃料电池轿车的安全性分析，并与母型车实车碰撞试验和模拟计算结果的对比，也证明了这种方法的可行性和可靠性。通过分析可以得出：与其母型车相比，燃料电池轿车在整车质量增加6 0 0 k g 的情况下，结构耐撞性没有很大的改变，类框架式车身基本上能够满足碰撞安全性要求，但车身结构还需要进一步
6、改善和优化。2A n a l y s i st h eI m p a c tS a f e t yf o rF u e lC e l lA u t oA b s t r a c tI t Sw e l lk n o w nw o r l d w i d et h a tf u e lc e l la u t oi so n eo ft h ei m p o r t a n tp r o d u c t s ，w h i c hh a v eab r i g h tf u t u r e R e s e a r c h D e s i g no ff u e lc e l la u t oi s
7、t h ep a r to fN a t i o n a lS c i e n c ea n dT e c h n o l o g yp r o j e c t8 6 3p l a n ，a n dw i s ht oh a v ea na d v a n c e dl e v e li nt h ew o r l d ，t od e v e l o pn a t i o n a la u t oi n d u s t r yw i t hh i g hl e v e l R e s e a r c h i n go fF u e lC e l lA u t o sI m p a c tS a
8、 f e t yC a p a b i l i t yr u n st h r o u g h o u tt h ew h o l ep r o c e s sf o rd e v e l o p i n gt h ef u e lc e l la u t o T h ep r e d i c t i o no ff u e lc e l la u t o Si m p a c ts a f e t yc a ng u i d et h ew h o l ec a rc o l l o c a t i o na n ds t r u c t u r ed e s i g n B o t ht
9、e c h n o l o g yf o ri m p a c ts i m u l a t i o nb yu s i n gd y n a m i cm e t h o da n dF E Mc a nb eh o l da n dt h ee x p e r i e n c ef o rd e s i g nc a nb ea c c u m u l a t e da sw e l lt h r o u g ht h i sp r o j e c t I nt h er e s e a r c h ，t h es t u d yo fc a ri m p a c tt e s ta n
10、dn u m e r i c a ls i m u l a t i o nm e t h o da r eb o t hu s e d B a s e do nw o r k st h a th a v ed o n e ，a ni m p a c tm o d e lc o n t a i n i n gc a rm o d e l ，d u m m ya n dr e s t r i c t i o ns y s t e mm o d e lw a sb u i l t A c c o r d i n gt on a t i o n a lr e g u l a t i o n ，d i
11、f f e r e n tt y p e so fi m p a c t sw e r es i m u l a t e d T h ef u e lc e l la u t o Si m p a c ts a f e t yw a sa n a l y z e d ，a n dt h ei n j u r yc r i t e r i o nf o ro c c u p a n tc a nb er e a do u td i r e c t l yb ys i m u l a t i o nd a t a T h em a i nr e s e a r c hc o n t e n to
12、ft h i sp r o j e c ti st os e tu pt h ef u e lc e l la u t o Sf r o n t a li m p a c tm o d e l ，s i d e i m p a c tm o d e l ，r e a r i m p a c tm o d e la n dt h ew h o l ef r o n t a li m p a c tm o d e l ，w h i c hc o n t a i n sc a rm o d e l ，d u m m y r e s t r i c t i o ns y s t e mm o d e
13、la n dS Oo n ，a n dc a l c u l a t i n gt h e s em o d e l s T h es i m u l a t i o nc u l c u l a t i o ni sc a r r i e do u th a r e do nR A M S I Sa n dP A Mc o d e T h es t r u c t u r eo ff r a m ec l a s sb o d y ，t h et y p eo fs a f e t yb e l t ，t h es t r u c t u r ea n dp o s i t i o no f
14、s e a t ，t h es t r u c t u r eo fe n e r g y a b s o r b i n gs t e e r i n gs y s t e m ，t h er e l a t i o nb e t w e e nd u m m ys t r u c t u r ea n dd u m m yp o s i t i o nh a v eb e e ns t u d i e d D e f o r m a t i o no ff l a m ec l a s sb o d y ，o c c u p a n t Ss a f e t y ，s a f e t ya
15、 b o u tc o l l o c a t i o no fp o w e rs y s t e ma n ds a f e t ya b o u th i g hv o l t a g ee l e c t r o n i ce q u i p m e n ta n dh y d r o g e ns y s t e mh a v eb e e na n a l y z e df o rf r o n t a li m p a c t ，s i d e i m p a c t ，r e a r i m p a c t O c c u p a n td y n a m i cr e s p
16、 o n s ea n dr e s t r i c t i o ns y s t e mh a v eb e e nd i s c u s s e d T h ek e yt e c h n o l o g yi st h en u m e r i c a ls i m u l a t i o no fs e a t ，s a f e t yb e l t ，s t e e r i n gs y s t e ma n dd u m m y E r r o rb e t w e e ns i m u l a t i o na n dt e s ts h o u l dk e e pb en o tb e y o n d2 0 T h em a i nr e s e a r c hw o r ki n v o l v e s ：c o l l e c t i n ga n da n a l y z i n gi n f o r m a t i o na b o u tt e c h n i q u es i t u
