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        基于側(cè)面可移動變形壁障碰撞與側(cè)面柱碰撞的假人損傷對比研究

        2022-03-25 22:15:12王友俊劉燦燦閆肅軍
        時代汽車 2022年6期

        王友俊 劉燦燦 閆肅軍

        摘 要:為了研究側(cè)面可移動變形壁障碰撞(AE-MDB)與側(cè)面柱碰撞中假人損傷情況,本文選取同一純電動A級轎車,分別進(jìn)行AE-MDB與側(cè)面柱碰撞試驗,對駕駛員位置的WorldSid假人的損傷情況進(jìn)行對比研究。結(jié)果表明,側(cè)面柱碰撞中假人頭部損傷更大;但AE-MDB中假人的胸部肋骨壓縮量、腹部肋骨壓縮量、恥骨合力更大。同時,相比于側(cè)面柱碰試驗,AE-MDB試驗中假人損傷曲線更早達(dá)到峰值。

        關(guān)鍵詞:側(cè)面可移動變形壁障碰撞 側(cè)面柱碰撞 假人損傷

        1 前言

        隨著人民生活水平的提高,汽車已經(jīng)逐步成為日常生活中的主要代步工具。而隨著汽車銷量的增加,汽車安全也成為人們考慮的主要問題。受制于以前的技術(shù)和成本,很多汽車設(shè)計開發(fā)時并沒有考慮到對乘員的保護(hù),以至于早些年交通事故的死亡人數(shù)很高;隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展,人類的保護(hù)意識提高,各個國家對于汽車的法規(guī)越來越多且越來越嚴(yán)苛,推動了汽車生產(chǎn)商對汽車安全的關(guān)注度,而乘員損傷情況能直接反映出汽車的安全性能,所以在汽車開發(fā)過程中會進(jìn)行多次碰撞試驗來對乘員的損傷情況進(jìn)行研究。

        對AE-MDB以及側(cè)面柱碰試驗中假人損傷的研究很多。文獻(xiàn)[1]對側(cè)面碰撞中的乘員損傷以及防護(hù)措施進(jìn)行了研究;文獻(xiàn)[2]對側(cè)面柱碰撞中的乘員損傷機理進(jìn)行了仿真分析;文獻(xiàn)[3]是對40%重疊可變形壁障碰撞和側(cè)面碰撞試驗進(jìn)行了對比研究。

        本文基于Euro-NCAP中的側(cè)面碰撞試驗和側(cè)面柱碰撞試驗,對同一A級電動汽車進(jìn)行了兩次試驗,對駕駛員位置的WorldSid假人的損傷進(jìn)行了對比研究。

        2 試驗方法

        2.1 側(cè)面可移動變形壁障碰撞(AE-MDB)

        AE-MDB試驗是Euro-NCAP試驗中一種重要的碰撞形式,如下圖1所示,它是模擬十字路口一輛車的車頭撞向另一輛車的駕駛員一側(cè);試驗臺車重1400kg,蜂窩鋁下邊沿高度距離地面300mm,臺車撞擊試驗車輛時的速度60km/h,臺車蜂窩鋁沿移動方向的中心線撞擊車輛R點向車輛后方250mm,誤差范圍前后±25mm,上下±25mm;試驗車輛駕駛員位置放置一個重75kg的WorldDID 50th男性假人,駕駛員后面放置一個重36kg的Q系列10歲兒童,乘員后面放置一個重23kg的Q系列6歲兒童。

        2.2 側(cè)面柱碰撞

        側(cè)面柱碰撞試驗是Euro-NCAP試驗中另一種重要的碰撞形式,如下圖2所示,試驗車輛駕駛員位置放置一個重75kg的WorldDID 50th男性假人,車輛放置在一個足夠大的滑行地板上,由牽引系統(tǒng)牽引滑行地板帶動車輛撞擊直徑254mm的剛性柱子,車輛的縱向與滑行地板的移動方向成75°夾角,碰撞時的速度達(dá)到32km/h,假人頭部質(zhì)心和車輛撞擊一側(cè)表面垂直平面的交叉線要與剛性柱表面的中心線重合,誤差范圍±25mm。

        3 假人損傷評價指標(biāo)

        對WorldSid假人的評價指標(biāo)主要包括頭部、胸部肋骨壓縮量、腹部肋骨壓縮量、骨盆恥骨力。

        3.1 頭部

        Euro-NCAP中指出頭部性能限值HIC15指標(biāo)范圍是500-700,累積3ms合成加速度指標(biāo)范圍是72g-80g。

        合成加速度值和HIC值通過下面公式計算:

        ? ?(1)

        (2)

        公式中,AR為頭部質(zhì)心合成加速度,AX、AY、AZ分別為頭部質(zhì)心三個方向的加速度;試驗中t2-t1≤15ms,計算碰撞過程中HIC15的最大值并進(jìn)行評價。3ms合成加速度為累積時間達(dá)到3ms的頭部合成加速度的最大值。

        3.2 胸部

        Euro-NCAP中指出胸部肋骨壓縮變形量指標(biāo)范圍是28mm-50mm。

        胸部肋骨變形量通過下面公式(3)計算,

        Dythorax=max(Dy(t)-Dy(0))? ? ? ? (3)

        式中:

        Dy(t)=R(t)*sin(φ(t));

        R(t)--胸部IR-TRACC濾波后長度;

        φ(t)--胸部IR-TRACC濾波后轉(zhuǎn)動角;

        Dy(0)—0時刻胸部肋骨位移;

        3.3 腹部

        Euro-NCAP中指出腹部肋骨壓縮變形量指標(biāo)范圍是47mm-65mm。

        腹部肋骨變形量通過公式(4)計算, Dyabdomen=max(Dy(t)-Dy(0))? ? ? ? ? (4)

        式中:

        Dy(t)=R(t)*sin(φ(t));

        R(t)—腹部IR-TRACC濾波后長度;

        φ(t)—腹部IR-TRACC濾波后轉(zhuǎn)動角;

        Dy(0)—0時刻腹部肋骨位移;

        3.4 骨盆

        恥骨力峰值指標(biāo)范圍是1.7kN-2.8kN。

        數(shù)據(jù)采集設(shè)備可直接采集碰撞時的力數(shù)值,不需要通過公式計算。

        4 假人損傷對比分析

        選用同一種純電動A級轎車分別做側(cè)面可移動變形壁障碰撞試驗和側(cè)面柱碰撞試驗,為了保證假人損傷數(shù)值的可靠性,駕駛員位置用同一個WorldSid 50th男性假人;試驗后測得AE-MDB臺車速度60.2km/h,側(cè)柱碰撞試驗速度32.1km/h,數(shù)據(jù)采集設(shè)備采集到假人各部位數(shù)值如下:

        4.1 頭部

        兩種試驗中頭部合成加速度如下圖3所示:

        從圖中可以看出,AE-MDB試驗碰撞發(fā)生后52ms,假人頭部合成加速度達(dá)到最大值43.86g;側(cè)柱碰撞發(fā)生后51.8ms,假人頭部合成加速度達(dá)到最大值50.16g。

        將采集到的數(shù)據(jù)代入到HIC公式中,我們可以計算得到,AE-MDB碰撞試驗的假人頭部HIC15值是143,累積3ms合成加速度值是42.56g;側(cè)柱碰撞試驗的假人頭部HIC15值是223,累積3ms合成加速度值是48.58g。

        側(cè)面柱碰撞試驗中,柱子比較高,撞擊范圍可以覆蓋到假人的頭部;AE-MDB試驗中,臺車蜂窩鋁撞擊范圍達(dá)不到假人頭部。所以,假人頭部在側(cè)柱試驗中受到的傷害值比較大,但是這兩次試驗的假人傷害值都沒有超過標(biāo)準(zhǔn)范圍,頭部都獲得滿分。

        4.2 胸部

        4.2.1 胸部第一根肋骨

        兩種試驗中胸部第一根肋骨的壓縮變形量如下圖4所示:

        從圖中可以看出,AE-MDB試驗碰撞發(fā)生后45.6ms,胸部第一根肋骨達(dá)到變形量最大值31.40mm;側(cè)柱試驗碰撞發(fā)生后50.5ms,胸部第一根肋骨達(dá)到變形量最大值29.69mm。

        4.2.2 胸部第二根肋骨

        兩種試驗中胸部第二根肋骨的壓縮變形量如下圖5所示:

        從圖中可以看出,AE-MDB試驗碰撞發(fā)生后45.3ms,胸部第二根肋骨達(dá)到變形量最大值29.51mm;側(cè)柱試驗碰撞發(fā)生后50.3ms,胸部第二根肋骨達(dá)到變形量最大值25.12mm。

        4.2.3 胸部第三根肋骨

        兩種試驗中胸部第三根肋骨的壓縮變形量如下圖6所示:

        從圖中可以看出,AE-MDB試驗碰撞發(fā)生后46.1ms,胸部第三根肋骨達(dá)到變形量最大值32.43mm;側(cè)柱試驗碰撞發(fā)生后49.7ms,胸部第三根肋骨達(dá)到變形量最大值25.15mm。

        通過上邊對胸部三根肋骨的壓縮量進(jìn)行分析,可以得出:側(cè)面柱碰撞試驗中,假人胸部第一根肋骨壓縮量超過Euro-NCAP中規(guī)定的最低限值,有少量扣分,第二、三根肋骨都是滿分;AE-MDB試驗中,假人三根肋骨壓縮量均超過Euro-NCAP中規(guī)定的最低限值,均有相應(yīng)的扣分。

        4.3 腹部

        4.3.1 腹部第一根肋骨

        兩種試驗中腹部第一根肋骨的壓縮變形量如下圖7所示:

        從圖中可以看出,AE-MDB試驗碰撞發(fā)生后48.2ms,腹部第一根肋骨達(dá)到變形量最大值42.99mm;側(cè)柱試驗碰撞發(fā)生后48.6ms,腹部第一根肋骨達(dá)到變形量最大值41.63mm。

        4.3.2 腹部第二根肋骨

        兩種試驗中腹部第二根肋骨的壓縮變形量如下圖8所示:

        從圖中可以看出,AE-MDB試驗碰撞發(fā)生后46.1ms,腹部第二根肋骨達(dá)到變形量最大值41.91mm;側(cè)柱試驗碰撞發(fā)生后48.1ms,腹部第二根肋骨達(dá)到變形量最大值39.41mm。

        兩次試驗中腹部肋骨壓縮量均小于Euro-NCAP中規(guī)定的最低限值,該部位滿分。

        4.4 骨盆

        兩種試驗中骨盆恥骨力如下圖9所示:

        如上圖所示,AE-MDB試驗碰撞發(fā)生后42.8ms,恥骨力達(dá)到最大值1.45kN;側(cè)柱試驗碰撞發(fā)生后48.2ms,恥骨力達(dá)到最大值0.89kN。

        兩次試驗中骨盆恥骨力均小于Euro-NCAP中規(guī)定的最低限值,該部位滿分。

        5 結(jié)論

        通過對上述兩種試驗中WorldSid假人的損傷進(jìn)行對比分析,我們可以得出以下結(jié)論:

        1.側(cè)面柱碰撞試驗中,頭部HIC15和累積3ms合成加速度值比AE-MDB試驗要大。

        2.AE-MDB試驗中,胸部三根肋骨傷害值相比于側(cè)面柱碰撞試驗要大。

        3.AE-MDB試驗中,腹部兩根肋骨傷害值相比于側(cè)面柱碰撞試驗要大。

        4.AE-MDB試驗中,骨盆的恥骨力傷害值相比于側(cè)面柱碰撞試驗大。

        5.相比于側(cè)面柱碰試驗,AE-MDB試驗中假人損傷曲線更早達(dá)到峰值。

        參考文獻(xiàn):

        [1]楊煌. 乘用車側(cè)面碰撞乘員損傷及防護(hù)措施研究[D].長沙理工大學(xué),2017.

        [2]盧靜,鄭顥,劉玉云,王玉超,歐陽俊.轎車側(cè)面柱碰撞乘員損傷機理仿真(續(xù)2)[J].汽車工程師,2019(02):25-27.

        [3]王琦,羅素云,徐沖.40%重疊可變形壁障碰撞和側(cè)面碰撞試驗探究[J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程,2020,58(07):80-83.

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