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        行人保護(hù)氣囊設(shè)計(jì)與驗(yàn)證*

        2020-05-28 06:26:12胡帥帥呂曉江張曉天張海洋周大永
        汽車工程 2020年5期
        關(guān)鍵詞:發(fā)動(dòng)機(jī)

        胡帥帥,呂曉江,2,張曉天,張海洋,洪 丹,周大永

        (1.浙江省汽車安全技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,吉利汽車研究院,杭州 311228;2.湖南大學(xué),汽車車身先進(jìn)設(shè)計(jì)制造國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,長(zhǎng)沙 410082; 3.奧托立夫(上海)汽車安全系統(tǒng)研發(fā)有限公司,上海 201807)

        前言

        行人和自行車騎行者與電動(dòng)兩輪車的騎乘者等弱勢(shì)道路使用者與汽車混合的道路交通現(xiàn)狀是我國(guó)交通的一大特色,特別是近年來(lái)共享自行車和電動(dòng)自行車的大量普及,使這一特色尤為凸顯。

        2011-2018年我國(guó)交通事故深入研究項(xiàng)目共統(tǒng)計(jì)了4 613個(gè)案例,涉及11 824人,包括傷亡5 753人。在這些案例中,涉及弱勢(shì)道路使用者的案例占78.8%,其中機(jī)動(dòng)兩輪車和機(jī)動(dòng)三輪車共占54.7%,自行車占6%,行人占18.1%[1]。以上交通事故中,弱勢(shì)道路使用者受傷部位最多的是頭部,其次是下肢;另有研究表明,交通事故中頭部最容易出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p傷[2]。因此弱勢(shì)道路使用者頭部的保護(hù)尤為重要。

        包括我國(guó)[3]在內(nèi)的各國(guó)汽車法規(guī)和新車評(píng)價(jià)規(guī)程逐漸提高了對(duì)弱勢(shì)道路使用者頭部的保護(hù)要求。在我國(guó)新車評(píng)價(jià)規(guī)程(C-NCAP)中,行人保護(hù)最高得分15分,其中頭部占12分,由此可見(jiàn)對(duì)弱勢(shì)道路使用者頭部保護(hù)的重要性。

        為提升汽車對(duì)弱勢(shì)道路使用者頭部的保護(hù)性能,文獻(xiàn)[4]中基于頭型和車身的仿真結(jié)果,利用自適應(yīng)響應(yīng)面法對(duì)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,得出更優(yōu)的發(fā)動(dòng)機(jī)罩的剛度和材料匹配方案,使頭部損傷HIC(head injury criterion)降低約 10%;文獻(xiàn)[5]中設(shè)計(jì)了一套雙搖桿式發(fā)動(dòng)機(jī)罩彈起裝置,并以發(fā)動(dòng)機(jī)罩彈起速度最快為目標(biāo),以機(jī)構(gòu)在發(fā)動(dòng)機(jī)艙的空間布置為約束,對(duì)彈起機(jī)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化,使頭型的加速度峰值降低約25.1%,頭部損傷 HIC降低約66.4%;文獻(xiàn)[6]中同樣從彈起式發(fā)動(dòng)機(jī)罩著手提升汽車對(duì)行人頭部的保護(hù)效果。以上方式都是針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)罩進(jìn)行改進(jìn),對(duì)頭部的保護(hù)范圍局限于發(fā)動(dòng)機(jī)罩區(qū)域,未考慮行人與發(fā)動(dòng)機(jī)罩后側(cè)其它區(qū)域的碰撞。而弱勢(shì)道路使用者保護(hù)氣囊(下簡(jiǎn)稱行人氣囊)技術(shù)恰好能彌補(bǔ)這一缺陷,能對(duì)行人與發(fā)動(dòng)機(jī)罩后緣、通風(fēng)蓋板、風(fēng)窗玻璃根部和A柱下側(cè)區(qū)域的碰撞提供有效的保護(hù),國(guó)外曾進(jìn)行過(guò)相關(guān)的研究[7-8],并應(yīng)用在沃爾沃V40車型上,以提升其行人保護(hù)性能。

        然而,國(guó)內(nèi)鮮有研發(fā)機(jī)構(gòu)對(duì)行人氣囊進(jìn)行過(guò)相應(yīng)的正向研發(fā)工作,對(duì)開(kāi)發(fā)流程沒(méi)有具體的說(shuō)明,對(duì)功能效果沒(méi)有具體的驗(yàn)證。本文中基于某款A(yù)級(jí)車型,對(duì)行人氣囊進(jìn)行了正向設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā),通過(guò)仿真和試驗(yàn)驗(yàn)證了行人氣囊的保護(hù)效果。開(kāi)發(fā)流程如圖1所示。

        1 行人氣囊的設(shè)計(jì)

        1.1 氣囊包型的設(shè)計(jì)

        行人氣囊的作用是在覆蓋區(qū)域范圍內(nèi)保護(hù)頭部,降低頭部傷害。因此氣囊包型設(shè)計(jì)首先考慮頭型沖擊目標(biāo)得分,基于車型傳統(tǒng)頭型沖擊得分圖和失分格點(diǎn)分布,進(jìn)行氣囊覆蓋區(qū)域設(shè)計(jì),定義氣囊包型。

        圖1 行人氣囊開(kāi)發(fā)流程

        基于某款A(yù)級(jí)車開(kāi)發(fā)行人氣囊,目標(biāo)是配置行人氣囊后,頭型沖擊得分達(dá)到C-NCAP五星+要求。C-NCAP五星+要求行人保護(hù)得分率達(dá)到75%以上,即頭部得分至少達(dá)到9分。

        基礎(chǔ)車型在未配置行人氣囊前,傳統(tǒng)頭型沖擊得分圖如圖2所示,頭部得分是7.35分,得分率是61.2%,未達(dá)到C-NCAP五星+要求。相應(yīng)的頭型沖擊格點(diǎn)分布如圖3所示。

        圖2 未裝行人氣囊時(shí)的格點(diǎn)沖擊成績(jī)

        圖3 每排格點(diǎn)對(duì)應(yīng)的位置

        由圖2和圖3可見(jiàn),第9排及之后的沖擊格點(diǎn)基本都位于發(fā)動(dòng)機(jī)罩后緣后側(cè),且得分較差,頭部傷害HIC15都大于650。因此須設(shè)計(jì)行人氣囊包型,使其展開(kāi)后覆蓋第9排及其后的所有格點(diǎn),如圖4所示。

        圖4 行人氣囊包型

        1.2 氣囊模塊的布置

        目前行人氣囊模塊布置位置一般分為兩種:布置在通風(fēng)蓋板下側(cè)和布置在發(fā)動(dòng)機(jī)罩后緣下側(cè)。本研究以安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)罩后緣下側(cè)的行人氣囊模塊為例。該種類型的行人氣囊模塊需要與彈起式發(fā)動(dòng)機(jī)罩配合使用。彈起式發(fā)動(dòng)機(jī)罩的特點(diǎn)是:它不僅能像普通發(fā)動(dòng)機(jī)罩那樣從前端繞著后沿抬起,以方便發(fā)動(dòng)機(jī)等部件的維護(hù),且能從后端繞著前沿抬起。給行人氣囊從發(fā)動(dòng)機(jī)罩后緣下方伸出展開(kāi)創(chuàng)造空間,同時(shí)增加了發(fā)動(dòng)機(jī)罩下方的緩沖空間。

        根據(jù)現(xiàn)有車身模型,定義行人氣囊模塊安裝位置,并校核模塊環(huán)境件。行人氣囊模塊環(huán)境件在發(fā)動(dòng)機(jī)罩閉合狀態(tài)和頂起狀態(tài)下,均不能和模塊產(chǎn)生干涉;同時(shí)在氣囊展開(kāi)過(guò)程中,環(huán)境件不能阻礙氣囊的展開(kāi)。因此要求發(fā)動(dòng)機(jī)罩后邊緣與行人氣囊模塊外殼后邊緣在X向和Z向保持合適的距離,既不能阻礙氣囊的正常展開(kāi),又要保證安裝方便等。圖5為車身斷面圖。實(shí)線是指車身結(jié)構(gòu),虛線P是指行人氣囊模塊輪廓。車身結(jié)構(gòu)中,A是發(fā)動(dòng)機(jī)罩內(nèi)外板,B是雨刮軸和雨刮,C是通風(fēng)蓋板總成,D是前風(fēng)窗玻璃。根據(jù)車型等級(jí)、行人氣囊覆蓋面積等,預(yù)估行人氣囊模塊三向尺寸和形狀;根據(jù)行人氣囊模塊輪廓,定義模塊大體安裝位置;根據(jù)模塊大體安裝位置,對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)罩內(nèi)板、通風(fēng)蓋板和雨刮電機(jī)等環(huán)境件進(jìn)行校核,進(jìn)一步定義模型詳細(xì)安裝位置和尺寸等,如圖6所示。

        圖5 車身XZ斷面和模塊位置示意圖

        圖6 行人氣囊模塊環(huán)境件校核

        1.3 行人氣囊頭型沖擊仿真分析

        1.3.1 仿真模型的搭建

        根據(jù)定義的行人氣囊覆蓋區(qū)域和設(shè)計(jì)的氣囊包型,搭建行人氣囊有限元模型。氣袋采用織布材料,氣袋壓強(qiáng)設(shè)為50 kPa,發(fā)生器用Airbag Load Curve模擬,建立的行人氣囊有限元模型展開(kāi)后如圖7所示。將氣囊進(jìn)行折疊并裝配至發(fā)動(dòng)機(jī)罩后緣下側(cè),即上述氣囊模塊布置位置。

        圖7 行人氣囊有限元模型

        1.3.2 行人氣囊頭型沖擊仿真

        頭型沖擊分析工況和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)與C-NCAP保持一致。C-NCAP在頭部保護(hù)測(cè)試中,對(duì)于WAD1700之后的格點(diǎn),用4.5 kg的成人頭型沖擊,沖擊速度為40 km/h,沖擊角度為65°;以HIC15值代表頭部傷害的大小,HIC15>650時(shí),表示已對(duì)頭部造成傷害;HIC15>1700時(shí),表示已對(duì)頭部造成嚴(yán)重的傷害。HIC15計(jì)算公式為

        式中:a為測(cè)量出的頭型合成加速度;t1和t2為在沖擊過(guò)程中的某兩個(gè)時(shí)刻,在(t2-t1)時(shí)間間隔內(nèi)HIC值最大(t2-t1≤15 ms)。

        此次行人氣囊頭型沖擊工況中,發(fā)動(dòng)機(jī)罩是靜態(tài)的,即預(yù)先將發(fā)動(dòng)機(jī)罩后側(cè)抬起至一定高度,并約束固定,然后點(diǎn)爆行人氣囊模塊。行人氣囊完全展開(kāi)后,頭型撞擊氣囊上A(10,1)格點(diǎn)。該工況旨在分析氣囊是否順利展開(kāi)、展開(kāi)過(guò)程是否穩(wěn)定、展開(kāi)到位時(shí)間、氣囊覆蓋區(qū)域是否符合設(shè)計(jì)要求、氣囊厚度和壓強(qiáng)是否合適、氣囊對(duì)頭部的保護(hù)效果等。

        仿真結(jié)果如圖8所示。由圖可見(jiàn):行人氣囊模塊能夠順利展開(kāi);展開(kāi)到位時(shí)間約為77 ms;氣囊完全展開(kāi)后,能覆蓋所關(guān)注的格點(diǎn),覆蓋區(qū)域符合設(shè)計(jì)要求;頭型撞擊時(shí),未擊穿氣囊,氣囊厚度和壓強(qiáng)合適;但是展開(kāi)過(guò)程對(duì)稱性相對(duì)較差。

        圖8 靜態(tài)頭型撞擊仿真結(jié)果

        基于第一輪仿真結(jié)果,對(duì)仿真模型進(jìn)行調(diào)整。首先改變氣囊充氣方向,然后根據(jù)氣囊材料特性和其它氣囊開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn),修改氣囊本身的自接觸摩擦因數(shù),修改氣囊與車身環(huán)境件摩擦因數(shù),同時(shí)適當(dāng)縮短仿真迭代時(shí)間步等?;谙嗤r再次進(jìn)行仿真,結(jié)果如圖9所示。

        圖9 行人氣囊靜態(tài)展開(kāi)仿真結(jié)果

        由圖可見(jiàn),氣囊展開(kāi)過(guò)程基本對(duì)稱。由于模型中省略了鉸鏈結(jié)構(gòu),故氣囊一側(cè)出現(xiàn)“甩尾”現(xiàn)象,但不影響整體性能的評(píng)估。在本輪仿真中,氣囊展開(kāi)到位時(shí)間為58 ms,氣囊展開(kāi)后能覆蓋全部目標(biāo)格點(diǎn),氣囊未被頭型擊穿。

        A(10,1)點(diǎn)是雨刮軸附近一點(diǎn),屬于行人保護(hù)頭部測(cè)試中很難得分的格點(diǎn)。配置行人氣囊前后,A(10,1)格點(diǎn)頭型加速度曲線如圖10所示。配置行人氣囊之前,A(10,1)點(diǎn)頭型加速度峰值為174g;配置行人氣囊后,A(10,1)點(diǎn)頭型加速度峰值降低至71g。根據(jù)式(1),頭部傷害HIC15不僅與加速度峰值有關(guān),且與(t2-t1)時(shí)間段內(nèi)的加速度分布有關(guān),因?yàn)樗绊懯剑?)中的積分值。因此頭部傷害HIC15并非與加速度峰值完全成正比。經(jīng)計(jì)算,未配置行人氣囊時(shí),A(10,1)點(diǎn)頭部傷害 HIC15為 1 681.72;配置行人氣囊后,降至557.74,即降低了66.84%,保護(hù)效果明顯,該點(diǎn)頭型撞擊得滿分。

        圖10 A(10,1)格點(diǎn)頭部模型撞擊加速度曲線

        1.4 行人氣囊與彈起式發(fā)動(dòng)機(jī)罩聯(lián)動(dòng)仿真

        行人氣囊完整的作用原理是:當(dāng)汽車前端以一定的速度撞到行人或自行車等弱勢(shì)道路使用者時(shí),前保險(xiǎn)杠附近的加速度傳感器或壓力傳感器甚至汽車前目攝像頭會(huì)探測(cè)到碰撞對(duì)象、碰撞速度和力等信息,并將該信息傳遞給汽車控制模塊進(jìn)行分析;當(dāng)分析判定碰撞對(duì)象是弱勢(shì)道路使用者,且碰撞程度達(dá)到閾值時(shí),發(fā)指令使彈起式發(fā)動(dòng)機(jī)罩點(diǎn)爆彈起(后側(cè)彈起);然后控制器命令行人氣囊點(diǎn)爆展開(kāi),展開(kāi)后的氣囊覆蓋發(fā)動(dòng)機(jī)罩后緣、通風(fēng)蓋板、前風(fēng)窗玻璃根部和A柱下側(cè)等危險(xiǎn)區(qū)域。當(dāng)弱勢(shì)道路使用者頭部碰撞在這些危險(xiǎn)區(qū)域時(shí),氣囊將行人頭部與車身隔開(kāi),提供明顯的緩沖,對(duì)頭部起到良好的保護(hù)作用。

        在整個(gè)過(guò)程中,涉及彈起式發(fā)動(dòng)機(jī)罩與行人氣囊的配合問(wèn)題。汽車控制模塊先給彈起式發(fā)動(dòng)機(jī)罩發(fā)送點(diǎn)爆命令,發(fā)動(dòng)機(jī)罩后側(cè)彈起。經(jīng)過(guò)時(shí)間b,控制模塊給行人氣囊發(fā)送點(diǎn)爆命令,氣囊點(diǎn)爆后從發(fā)動(dòng)機(jī)罩下側(cè)伸出并展開(kāi)。因此給彈起式發(fā)動(dòng)機(jī)罩發(fā)送點(diǎn)爆命令和給行人氣囊發(fā)送點(diǎn)爆命令的時(shí)間間隔b及其變化范圍是一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。行人氣囊點(diǎn)爆時(shí)刻過(guò)早,發(fā)動(dòng)機(jī)罩還未抬起足夠的空間避讓氣囊,容易阻礙氣囊的展開(kāi);行人氣囊展開(kāi)時(shí)刻過(guò)晚,會(huì)導(dǎo)致氣囊還未完全展開(kāi)時(shí),弱勢(shì)道路使用者頭部已碰撞到氣囊上,影響對(duì)頭部的保護(hù)效果。因此須對(duì)兩個(gè)點(diǎn)爆命令之間的時(shí)間間隔b進(jìn)行計(jì)算分析。

        計(jì)算分析方法如圖11所示。根據(jù)分析和試驗(yàn)得出彈起式發(fā)動(dòng)機(jī)罩后端抬升高度與時(shí)間的關(guān)系曲線,再?gòu)姆抡嬗?jì)算出行人氣囊點(diǎn)爆后的氣囊展開(kāi)高度和時(shí)間的比值(即該曲線斜率)。根據(jù)該斜率畫出與發(fā)動(dòng)機(jī)罩彈起過(guò)程中抬升高度曲線相近的直線,即為氣囊展開(kāi)高度曲線,它與橫坐標(biāo)的交點(diǎn)即為行人氣囊點(diǎn)爆時(shí)刻,也即相對(duì)頂升器點(diǎn)爆的延遲時(shí)間b1。假設(shè)汽車碰撞弱勢(shì)道路使用者時(shí)刻為零點(diǎn),從該時(shí)刻到弱勢(shì)道路使用者頭部沖擊在行人氣囊上的這段時(shí)間為HIT,傳感器和控制器等系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間為ST,行人氣囊完全展開(kāi)所需時(shí)間為DT,則行人氣囊的點(diǎn)爆延遲時(shí)間b的范圍為

        圖11 行人氣囊點(diǎn)爆時(shí)刻分析圖

        取b1作為行人氣囊點(diǎn)爆延遲時(shí)間,代入仿真中,分析行人氣囊與彈起式發(fā)動(dòng)機(jī)罩聯(lián)動(dòng)工況,確保行人氣囊點(diǎn)爆延遲時(shí)間值合適。仿真結(jié)果如圖12所示。由圖可見(jiàn),彈起式發(fā)動(dòng)機(jī)罩正常彈起,行人氣囊正常展開(kāi),兩者未產(chǎn)生干涉。經(jīng)推算,行人氣囊完全展開(kāi)時(shí)刻早于弱勢(shì)道路使用者頭部撞在行人氣囊覆蓋區(qū)域上的時(shí)刻。因此可以認(rèn)定,分析的行人氣囊點(diǎn)爆時(shí)刻合適。

        圖12 行人氣囊和彈起式發(fā)動(dòng)機(jī)罩聯(lián)動(dòng)仿真結(jié)果

        2 行人氣囊試驗(yàn)驗(yàn)證

        2.1 行人氣囊展開(kāi)驗(yàn)證

        行人氣囊靜態(tài)展開(kāi)試驗(yàn)結(jié)果如圖13所示。氣囊可順利展開(kāi),展開(kāi)到位時(shí)間約為58 ms,展開(kāi)過(guò)程同樣存在稍許不對(duì)稱的現(xiàn)象,與仿真過(guò)程相似。氣囊展開(kāi)到位時(shí)間與仿真相近;展開(kāi)過(guò)程比較順利,下一步對(duì)發(fā)生器位置進(jìn)行微調(diào),改善氣囊展開(kāi)過(guò)程的對(duì)稱性。

        圖13 行人氣囊展開(kāi)試驗(yàn)

        2.2 行人氣囊頭型撞擊驗(yàn)證

        行人氣囊靜態(tài)展開(kāi)頭型撞擊驗(yàn)證,旨通過(guò)試驗(yàn)進(jìn)一步探究氣囊內(nèi)氣壓大小是否合適、氣囊展開(kāi)后厚度是否合適以及氣囊的保護(hù)效果。

        理想氣體狀態(tài)方程為

        式中:p為氣體壓強(qiáng);V為氣體體積;n為氣體量(摩爾數(shù));R為氣體常量;T為氣體溫度。

        由式(3)和 a=pS/m的關(guān)系可推導(dǎo)出頭型加速度:

        式中:m為頭型質(zhì)量;S為頭型在速度矢量方向的受力面積。根據(jù)式(4),可通過(guò)控制氣囊展開(kāi)體積和發(fā)生器產(chǎn)生的氣體量,近似定量地控制頭型撞擊氣囊時(shí)的加速度峰值。

        參考行人氣囊靜態(tài)展開(kāi)試驗(yàn)的工況設(shè)置氣囊、車輛和工裝等,同時(shí)設(shè)置行人氣囊0時(shí)刻點(diǎn)爆,頭型在70 ms時(shí)刻左右撞擊氣囊上A(10,1)點(diǎn)。試驗(yàn)過(guò)程如圖14所示。

        圖14 行人氣囊頭型撞擊試驗(yàn)

        由圖可見(jiàn),試驗(yàn)中行人氣囊展開(kāi)順利,展開(kāi)過(guò)程對(duì)稱性得到改善。頭型未將氣囊擊穿,證明氣囊內(nèi)壓強(qiáng)和氣囊展開(kāi)厚度均較合適。

        計(jì)算分析試驗(yàn)中頭型加速度如圖15所示。頭部傷害 HIC15為 559.27,仿真中該點(diǎn) HIC15為557.74,仿真與試驗(yàn)相比誤差為0.27%。圖16為A(10,1)點(diǎn)頭型加速度仿真與試驗(yàn)曲線對(duì)比。兩者趨勢(shì)和峰值基本吻合。由此可證明,行人氣囊仿真模型準(zhǔn)確度較高,分析結(jié)果可信。

        圖15 試驗(yàn)中A(10,1)點(diǎn)加速度曲線

        圖16 A(10,1)點(diǎn)頭型加速度曲線對(duì)比

        根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,該車配置行人氣囊后,A(10,1)點(diǎn)頭部傷害降低66.74%,行人氣囊對(duì)頭部保護(hù)效果非常明顯。

        2.3 行人氣囊聯(lián)動(dòng)展開(kāi)頭型撞擊驗(yàn)證

        行人氣囊聯(lián)動(dòng)展開(kāi)頭型撞擊試驗(yàn)是模擬行人氣囊系統(tǒng)包括信號(hào)傳遞的整個(gè)作用過(guò)程。如a時(shí)刻頂升器點(diǎn)爆,彈起式發(fā)動(dòng)機(jī)罩展開(kāi);(a+b)時(shí)刻行人氣囊點(diǎn)爆,氣囊撕裂模塊外殼,伸出發(fā)動(dòng)機(jī)罩外展開(kāi);(a+b+c)時(shí)刻,頭型開(kāi)始撞擊行人氣囊上某一點(diǎn)。整個(gè)作用過(guò)程中,主要通過(guò)試驗(yàn)探究以下3點(diǎn):(1)行人保護(hù)氣囊和彈起式發(fā)動(dòng)機(jī)罩的協(xié)調(diào)程度;(2)頭型撞擊到行人氣囊覆蓋區(qū)域前,氣囊是否能完全展開(kāi);(3)該工況下,頭型加速度曲線和傷害值。

        將車身通風(fēng)蓋板區(qū)域改制,給行人氣囊模塊避讓空間;其次將行人氣囊模塊按照設(shè)計(jì)位置安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)罩后緣下側(cè),如圖17所示。

        圖17 安裝有行人氣囊模塊的車身

        行人氣囊模塊安裝完畢,對(duì)頭型定位。本次撞擊點(diǎn)選擇風(fēng)窗玻璃根部接近A柱上一點(diǎn)A(10,5),也是行人氣囊保護(hù)區(qū)域中不易得分的格點(diǎn)。由上述分析已判斷出行人氣囊點(diǎn)爆相對(duì)于彈起式發(fā)動(dòng)機(jī)罩的最短延遲時(shí)間約為9 ms,保留30%余量,試驗(yàn)中設(shè)定延遲時(shí)間為11.7 ms,設(shè)置頭型撞擊時(shí)刻為75 ms;A(10,5)格點(diǎn)對(duì)應(yīng)的 HIT約為126 ms,實(shí)際汽車系統(tǒng)的ST基本不大于35 ms。因此根據(jù)式(2),本次試驗(yàn)中,如果氣囊能在頭型撞擊到A(10,5)點(diǎn)前完全展開(kāi),則對(duì)應(yīng)的在實(shí)際交通事故中,氣囊能在弱勢(shì)道路使用者頭部碰撞前完全展開(kāi)。按照上述分析設(shè)置試驗(yàn)控制器,進(jìn)行行人氣囊聯(lián)動(dòng)展開(kāi)頭型撞擊試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果如圖18所示,頭型加速度曲線如圖19所示。

        根據(jù)高速攝像可觀察出行人氣囊和彈起式發(fā)動(dòng)機(jī)罩協(xié)調(diào)較好,氣囊和發(fā)動(dòng)機(jī)罩未發(fā)生干涉現(xiàn)象,證明分析得出的行人氣囊點(diǎn)爆延遲時(shí)間b1滿足要求;試驗(yàn)中頭型接觸到行人氣囊時(shí),氣囊基本完全展開(kāi),證明實(shí)際交通事故中,在弱勢(shì)道路使用者頭部碰撞到行人氣囊覆蓋區(qū)域時(shí),行人氣囊完全能夠展開(kāi)到位,實(shí)現(xiàn)有效保護(hù);根據(jù)圖19得到頭部傷害值HIC15為658.6,該車未配置行人氣囊時(shí) A(10,5)點(diǎn)頭部HIC15為1 638,因此行人氣囊使該點(diǎn)的頭部傷害值降低了59.8%,保護(hù)效果明顯。

        綜上分析與驗(yàn)證,行人氣囊裝置使C-NCAP頭部測(cè)試中最易失分的格點(diǎn) A(10,1)和 A(10,5)由紅色變?yōu)榫G色,依次類推,行人氣囊覆蓋區(qū)域的格點(diǎn)在測(cè)試中均為綠色,頭型撞擊得分可高達(dá)10.97分,得分率達(dá)93,1%,滿足五星+對(duì)行人保護(hù)得分率不低于75%的要求。

        圖18 行人氣囊聯(lián)動(dòng)展開(kāi)頭型撞擊試驗(yàn)結(jié)果

        圖19 A(10,5)點(diǎn)頭型加速度曲線

        3 結(jié)論

        基于一款A(yù)級(jí)車,對(duì)行人氣囊進(jìn)行正向設(shè)計(jì),并進(jìn)行了一系列的仿真和試驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果表明:

        (1)基于該車型的行人氣囊包型、布置、體積和壓強(qiáng)等設(shè)計(jì)合理,能與彈起式發(fā)動(dòng)機(jī)罩有效配合,并發(fā)揮對(duì)頭部的保護(hù)效果;

        (2)行人氣囊能顯著提升汽車在C-NCAP行人保護(hù)測(cè)試中的頭型撞擊得分率,滿足五星+要求;

        (3)行人氣囊能在實(shí)際交通事故中,對(duì)弱勢(shì)道路使用者頭部進(jìn)行及時(shí)、有效地保護(hù),頭部傷害可降低近60%。

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