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        汽車正面碰撞交通事故分析專家系統(tǒng)

        2019-10-21 22:21:03姜松
        時代汽車 2019年1期
        關(guān)鍵詞:專家系統(tǒng)交通事故

        姜松

        摘 要:應用非線性有限元分析軟件對小型客車正面碰撞變形進行數(shù)值仿真,分析碰撞變形、速度、加速度和能量等參數(shù)的變化規(guī)律,根據(jù)不同車型的車身正面碰撞變形和速度的關(guān)系,建立汽車正面碰撞事故分析專家系統(tǒng),為交通事故的責任鑒定提供理論依據(jù)。

        關(guān)鍵詞:汽車碰撞;交通事故;專家系統(tǒng)

        1 引言

        汽車碰撞安全性是汽車車身設計的重要內(nèi)容。隨著我國汽車保有量的不斷增加,交通事故帶來的人身傷亡和財產(chǎn)損失使人們越來越重視汽車的安全性。

        在當前交通事故分析中,主要依據(jù)制動的印跡,采用傳統(tǒng)的經(jīng)驗來再現(xiàn)交通事故過程。隨著計算機仿真技術(shù)的不斷發(fā)展,憑借動力學理論和有限元模擬的方法,開始對典型的交通事故進行仿真分析和研究[1]。交通事故分析專家系統(tǒng),通過計算機仿真模擬的方法,能夠再現(xiàn)汽車碰撞過程的關(guān)鍵參數(shù),為交通事故的責任認定提供理論依據(jù)。

        本文采用ANSYS/LS-DYNA軟件,通過對車身正面碰撞的有限元模擬仿真,分析汽車正面碰撞過程中關(guān)鍵參數(shù)的變化規(guī)律,建立汽車正面碰撞事故分析專家系統(tǒng),為交通事故的責任認定提供一定的理論參考。

        2 汽車碰撞仿真

        本文采用有限元分析軟件ANSYS/LS-DYNA對某系列小型客車的車身進行正面碰撞的模擬計算。

        2.1 仿真計算

        某車型的車身幾何模型,如圖1所示。對該車身進行網(wǎng)格劃分,采用4節(jié)點的Shell 163殼單元,最小尺寸為4mm,接觸類型采用自動單面接觸算法。

        車身材料采用鋼材料材料,彈性模量E=202GPa,泊松比=0.3,屈服強度σy=207MPa,抗拉強度σt=230Mpa。剛性強采用剛體單元,約束全部自由度。整車以不同的初始速度正面撞擊剛性墻。

        車身建模是模擬仿真中一個復雜而繁瑣的過程。對于交通事故的分析,需要對不同類型的車身進行仿真計算,其工作量極其巨大。為了提高計算效率,本文簡化了汽車的車身模型,不考慮碰撞過程中對車身變形影響小的部件,而將其作為集中質(zhì)量點加載在車身上。改變車身部分的主要結(jié)構(gòu)尺寸,從而獲得不同類型車身的幾何模型。

        2.2 結(jié)果分析

        本文對不同結(jié)構(gòu)剛度的轎車車身進行正面碰撞的仿真計算,整車分別以30km/h、48.3km/h、72.4km/h、96.6km/h、120km/h和160km/h多種初始速度進行正面碰撞,并對計算結(jié)果進行分析。以48.3km/h速度正面撞擊剛性強的變形,如圖2所示。

        (1)能量。汽車碰撞過程是一個能量守恒的過程,汽車的動能被車身、車架、保險杠等部件的變形所吸收[2]。碰撞開始時,車身與剛性墻接觸,變形開始逐漸增加,而后車身回彈,直至整車運動停止。研究結(jié)果表明,車身發(fā)生的最大變形及其發(fā)生的時間均與碰撞速度有關(guān)。碰撞速度越高,最大變形出現(xiàn)的時刻越提前,而此時整車的動能已經(jīng)衰減95%以上。碰撞過程的能量變化特征,是車體碰撞變形計算的理論依據(jù)[3]。

        (2)加速度。汽車碰撞后的加速度的峰值,主要取決于碰撞的初始速度。而加速度的平均值大致與車身質(zhì)量成反比,卻與加速度的峰值卻相差甚遠。

        (3)車身變形。研究表明,汽車碰撞后的車身變形,主要取決于汽車結(jié)構(gòu)的剛度、碰撞初始速度和撞擊位置與方向[2]。為了研究碰撞變形與初始速度之間的規(guī)律,本文將汽車進行分類,研究不同車體長度和碰撞初始速度下,汽車正面碰撞的變形。為了驗證有限元模擬計算模型的有效性,本文根據(jù)美國NHTSA提出的小型客車分類標準,對不同類型汽車的正面碰撞變形進行對比驗證。結(jié)果表明,當碰撞速度低于16.7km/h時,碰撞變形與美國NHTSA提出的線性假設求解結(jié)果相符;當碰撞速度高于16.7km/h時,碰撞變形逐漸呈現(xiàn)出明顯的非線性特征。通過與大量疑難交通事故的測量結(jié)果進行對比,本文得出的碰撞速度與變形規(guī)律與交通事故實例非常接近[4]。

        3 正面碰撞交通事故分析專家系統(tǒng)

        通過對碰撞變形和初始速度的曲線擬合發(fā)現(xiàn),碰撞初始速度和變形的關(guān)系,在特定坐標下為彈道方程:

        y=xtgT| (1)

        對于不同剛度的汽車,對應不同的特征方程,稱之為判速方程[5]:

        d=aiv-biv2 (2)

        式中,d表示速度,v表示塌陷變形。

        汽車正面碰撞交通事故分析專家系統(tǒng),以車身剛度分析法為理論基礎,通過碰撞變形來預測碰撞速度。在研究中發(fā)現(xiàn),采用美國NHTSA確定的汽車分類方法來預測碰撞初始速度的誤差較大。通過對我國小型客車的類型和剛度特征進行分析,本文采用了新的汽車剛度分類方法,如表1所示[5]。

        通過仿真模擬計算的驗證結(jié)果分析,對不同類別的汽車,可以根據(jù)車身或車架的厚度和剛度,對汽車的類別進行修正。對于某類車型,如果車身或車架的厚度或剛度較大,則可以采用比現(xiàn)有類別高一級的判速方程對碰撞變形進行預測。

        4 結(jié)語

        (1)汽車正面碰撞交通事故分析專家系統(tǒng),對不同類型的小型客車進行的大量模擬計算,通過結(jié)果對比驗證了有限元模型的有效性。

        (2)汽車碰撞過程中的能量變化規(guī)律,是汽車正面碰撞交通事故分析的理論依據(jù)。汽車車身的剛度,隨著汽車變形的不斷增加而改變。碰撞變形與碰撞初始速度有關(guān),在特定的坐標下符合拋物線方程。汽車正面碰撞的判速方程,可根據(jù)碰撞變形預測碰撞初始速度,能夠快速地為交通事故責任認定提供理論依據(jù)和參考。

        參考文獻:

        [1]陶沙,于長吉.汽車安全行駛于事故分析[M].大連:大連理工大學出版社,1997.

        [2]李卓森.汽車正面碰撞方程式及其應用[J]. 汽車技術(shù),1989,8:8-19.

        [3]孫宏圖,劉學術(shù),宋振寰等.汽車碰撞變形計算機模擬研究[J].大連理工大學學報,2002:42(6):680-683.

        [4]孫宏圖,汽車碰撞分析專家系統(tǒng)[D],大連理工大學,2002.

        [5]于長吉,孫宏圖.用于交通事故分析的汽車碰撞計算機模擬方法[J].交通與計算機.2001,19:36-39.

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