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1、摘 要平头轻型载货汽车大多是由国外引进的老车型，这些车型设计时并没有过多考虑其碰撞安全性，因此在碰撞安全性方面存在先天不足，缓冲吸能区间小，碰撞安全性能差。由于货车碰撞试验在我国还属于开始阶段，关于货车的碰撞安全法规也没有出台，进行大规模的货车碰撞试验的条件还不成熟。针对这一情况，本文在参考大量国内外资料与实验的基础上，对货车正面碰撞进行虚拟试验研究，并且针对原始设计存在的碰撞安全性缺陷，设计了压溃杆式缓冲吸能装置，并对平头驾驶室局部结构做了相应改造，虚拟碰撞结果表明改进后的驾驶室碰撞安全性有了显著提高；在此基础之上，对不同的缓冲吸能设计进行了对比研究和优选。关键词：平头轻型货车，碰撞安全性，
2、正面碰撞，缓冲吸能ABSTRACT Most types of the flat-face light truck are old models introduced from abroad.The crashworthiness is not considered enough,the buffering and energy absorbing section is strait and the crashworthiness is bad,thus the crashworthiness of them are in congenital deficiency.For the test
3、of truck crashing is at the inipient stage in our nation and the law related to it is not published yet,the qualification for taking massive ctashing test is not mature.Aiming at this situation,this thesis has taken dummy test research of the truck,s front impact on the precondition of consulting ma
4、ny information and experiment from home and abroad，then the dummy crashing test and security evaluation of it has been done by method of nonlinear dynamics.Aimed at the former design,s crashing safety defects,the energy-absorption device with the collapse-tube has been design and the corresponding s
5、ubstructure of the cab has been improved.The cab,s crashing security has been increased notably shown from the dummy crashing test result.At last,the difference energy absorption device has been comparative studied and optimized.Key word:flat-face light truck,crashworthiness,front impact, energy-abs
6、orption capability45目 录摘 要IABSTRACTII第1章 绪论11.1课题的背景与意义21.1.1 背景21.1.2 意义21.2 国内外汽车碰撞安全法规概述21.2.1 国外汽车碰撞安全法规31.2.2 国内汽车碰撞安全法规51.3 国内外汽车碰撞分析研究概述61.3.1 国外研究发展概况61.3.2 国内研究发展概况71.4 汽车虚拟试验场技术81.4.1 VPG 简介81.4.2 LS-DYNA 简介81.5 本文的研究内容和工作计划8第2章 瞬态非线性动力学分析方法102.1 有限元法的发展及应用102.2 有限元法的基本原理102.3 非线性有限元基本理论11
7、2.3.1 几何非线性112.3.2 材料非线性112.3.3 接触非线性132.4 LS-DYNA 非线性动力学基础132.5 本章小结14第3章 平头轻型货车的碰撞安全性分析153.1 CAD 建模153.1.1 CAD 建模应注意的问题153.1.2 CAD 建模153.2 CAD 数据的改善及导入163.3 有限元模型的建立163.4 结果分析173.4.1 车身变形分析173.4.2 速度变化分析203.4.3 加速度变化分析223.4.4 能量变化分析243.5 本章小结25第4章 平头轻型货车碰撞缓冲结构设计264.1 碰撞缓冲区结构设计的基本思想及约束条件264.2 结构的改进
8、方案设计264.3 碰撞缓冲区整体结构的构建284.3.1 压溃杆数模的建立284.3.2 压溃杆横梁数模的建立294.4 本章小结30第5章 改进车型的碰撞安全性分析315.1 改进后汽车碰撞仿真结果315.1.1 车身变形分析315.1.2 速度变化分析335.1.3 加速度变化分析335.1.4 能量变化对比355.2 压溃杆的优化355.3 本章小结40第6章 总结与展望416.1 总结416.1.1本文的创新点416.2 展望41致 谢43参考文献44附录145附录248第1章 绪论汽车作为现代化的交通工具，在给人们的生活带来便利与好处的同时，引发了大量的交通事故3，给人类的生命和财
9、产带来极大的威胁和伤害（图1-1）。我国2001年开始对汽车实施新的强制性产品认证制度，在2001年发布的第一批实施强制性产品认证产品目录中，明确将汽车碰撞试验列入对汽车的检测之中。从2002年5月1日起，未经碰撞试验或经碰撞试验不合格的国外汽车不能进入我国市场，国产汽车未能通过强制认证试验的也不能出厂销售5。国内各生产厂商纷纷提高在汽车碰撞安全性方面的投资。1.1课题的背景与意义1.1.1 背景 国内的大多数平头轻型货车几乎都是从国外直接引进的老车型，设计时没有过多考虑碰撞安全性，缓冲区间小或没有，其耐撞性能相对长头、短头轻型货车而言就差得多。在每年的交通事故中，平头轻型货车事故率高、事故伤
10、害大，其事故带来的伤亡和财产损失占了交通事故很大的比重。虽然我国加入WTO 后，为了增强和外国汽车厂家的竞争，国内各汽车厂家和汽车研究所开始加大对汽车碰撞安全性的研究，但不同类型的车辆受到的重视程度也不同。各大汽车制造商和研究机构关于汽车碰撞安全性的研究主要集中在轿车方面 , 对型客车的碰撞安全性研究稍有涉及，但对货车的碰撞安全性研究非常少。不可忽视的是，平头轻型货车在我国以其自身的优点，受到广大用户的青睐，成为轻型货车中的主力军，在轻型货车的市场中占有不小的份额。平头轻型货车碰撞安全性能不足、技术投入少但是用户广泛，已经引起了社会各方面的关注，国家应出台相应的法规对汽车的生产进行干预，厂家应
11、该加大对轻型货车碰撞安全性的研发力度与投资比例。1.1.2 意义通过对某汽车厂生产的欧铃平头轻型货车进行正面碰撞仿真分析，探讨轻型载货汽车在碰撞安全性方面存在的一些问题，并寻找解决问题的方法，改善轻型货车碰撞安全性。通过对本文的研究，能够在货车碰撞安全性方面得出一些有指导性的建议，在提高商品竞争力的同时有效保护驾驶员及乘员的人身安全，能够做到“车毁人不亡”1。在发生事故时提高对驾驶者及乘员的保护，从而有效抑止残疾人口数目上升和减少家庭不幸等诸多社会问题，减少国家不必要的巨额财产损失。1.2 国内外汽车碰撞安全法规概述 随着二战后汽车工业的持续发展，汽车保有量的不断增加，车速的不断提高，道路交通
12、事故发生率不断上升，造成的经济损失与人员伤亡越来越严重4。因此，汽车的安全性成了汽车厂商、消费者、政府部门等社会各方面高度关注的问题。公众强烈要求政府部门采取相应措施对汽车安全问题进行强制干预1，各国的碰撞安全法规随之出台。1.2.1 国外汽车碰撞安全法规目前，世界各汽车工业发达国家都制定了相应的安全标准和技术法规，但归纳起来，所有汽车安全技术法规可分为三大体系，即美国、欧洲和日本技术法规体系1。美国联邦机动车安全法规是由美国联邦运输部国家交通安全局依据1966 年9 月9 日制定的国家交通及汽车安全法组织制定的，其目的是减少汽车交通事故及减轻汽车碰撞事故中的伤害程度。到1996 年12 月3
13、1 日止，该法规制定和实施的标准项目共有54 项，其中包括防止事故发生的标准29 项，减轻碰撞事故发生时对乘员的损伤标准21 项，以及发生事故后的防护标准4 项，其中各项指标均有严格要求。FMVSS 系列法规颁布后，虽然汽车保有量在继续增加，但汽车交通事故死亡人数或死亡率反而呈下降趋势，具体实例见美国马里兰州实施安全法规前后的统计，如图1-2。美国联邦机动车安全法规可以说是世界上最完善的法规体系之一，它从各个方面规定了对车辆乘员、路上行人的保护及车辆应该具有避免事故的性能。该法规目前主要针对的碰撞类型是正面碰撞，但发展的重点是侧面碰撞保护、行人碰撞保护以及货车和多用途客车的安全性及车辆稳定性等
14、。FMVSS 系列法规主要是针对轿车而制定的，但为了保证所有汽车乘员最低限度的安全性，NHTSA 提出各种客车都必须源用轿车法规这一方针，并逐步将轿车法规的适用范围扩大到轻型载货汽车、多用途客车等车型上1。本文主要参照FMVSS208 进行碰撞分析，它适用于轿车，多用途乘客车，载货汽车和客车。其对于正面碰撞的要求是当车辆以48.3km/h 速度沿纵向向前行驶，撞击一个垂直于车辆行驶方向的固定壁障，或者撞击一个与车辆行驶方向垂直的线成30角的固定壁障时，放在每一个指定的前排外侧座位上的试验假人的响应应满足下列要求：Hybrid.假人的伤害标准：a) 在试验过程中试验假人的所有部分自始至终应包含在
15、车厢内。b) 按下式求出的头部重心的合成加速度值应不超过1000。式中HIC-Head Injury Criterion，a-合成加速度，以g(重力加速度)的倍数表示；1 t ， 2 t 碰撞过程中任一两个时刻，其间隔不大于36ms。c) 胸部合成加速度应不大于60g，但持续时间不大于3ms。d) 胸部相对脊柱的压缩变形量不超过76.2mm。e) 沿轴向传达到每条大腿的压力应不超过1012.5kg。欧洲各国开始实施各自的车辆法规及车型认证制度早于美国，欧洲经济委员会于1958 年开始制定统一的汽车法规，分为EEC 指令和ECE 法规。前者作为成员国统一的法规，是强制性的，后者由各成员国任意自选，是非强制性的。目前，ECE 已颁布的法规有99 项，涉及汽车的安全、环保及节能等领域，安全方面的法规占81 项，被动安全法规26 项,包括车辆的正面碰撞、侧面碰撞、追尾碰撞、翻车时车身强度及碰撞时防止火灾等要求，如R94、R95。欧洲法规的基本特点是局限于汽车的装备和部件，因此，ECE 车型认证也
