汽车翻滚动态响应耦合建模及车内乘员防护研究

So far little research has been conducted into vehicle dynamics, roof crush resistance, and occupant injury mechanisms during vehicle rollovers in China. This research is mainly about vehicle dynamics, occupant kinematics and head injury simulation by introducing the multibody-finite element hybrid modelling methodology, for the purpose of detailed occupant kinematics simulation and efficient ouccpant protection coumtermeasures. The main research work will cover: study of the hybrid modelling methodology, simulation of vehicle dynamics (first impact) and occupant kinematics (second impact) during the long duration, occupant kinematics and injury mechanisms, association study between occupant restraint systems and the risk of occupant injuries. This study can help propose an appropriate multibody-finite element hybrid modelling methodology, analyze certain parameters' effct on vehicle motion, indentify occupant injury and its relationship with the roof intrusion, propose solusions for further occupant injury reduction in rollovers. Research results will contribute to the future development of rollover simulation methodology and protocol.

当前国内针对汽车翻滚事故中的车体运动、结构耐撞性及乘员受伤机理的研究还较缺乏，事故的还原再现多采用多刚体建模方法。本项目以车辆翻滚三维运动为研究本体，以车体、乘员的动态响应模拟为主线，探索高精度的多刚体-有限元耦合建模方法，以分析车体及车内乘员的动态响应过程，并研究翻滚事故中车内乘员的防护方法。研究工作主体包括：多刚体-有限元耦合建模方法研究、长时域空间碰撞中的车体一次碰撞与车内乘员二次碰撞的模拟再现、乘员运动特征与受伤机理解析、约束系统设计对乘员伤害的影响分析。该项研究有助于明确长时域碰撞中有限元-多刚体耦合建模的适用方法；解析车辆初始参数对整车三维运动的影响；量化车顶入侵量与乘员受伤的相关性；并进一步提出降低翻滚事故中乘员头部伤害的可行性方案。研究成果将为今后开展车辆翻滚碰撞模拟、车内乘员运动仿真及乘员防护研究提供理论支撑及建模仿真方法支持。

汽车翻滚事故发生率较低，但却造成了大量的人员伤亡与财产损失。不同于正面碰撞与侧面碰撞等平面运动，汽车翻滚碰撞是典型的三维空间运动，其运动形式复杂、理论分析困难、事故再现繁琐、模拟计算耗时，长期以来一直是汽车碰撞安全研究的一个难题。本研究以车辆翻滚试验及实际事故为研究对象，以车体运动及二次碰撞中的乘员动态响应分析为基础，建立了一套适用于翻滚碰撞的车体—乘员耦合建模方法。本项目设计完成了国内第一例室内低速SUV翻滚碰撞试验，系统研究了不同翻滚工况中整车的动态响应及乘员关键部位的受伤机理，分析了不同约束系统配置参数对乘员运动及其伤害的影响并提出了对应的优化方案，完善了国内翻滚事故的研究方法并提升翻滚仿真工况的计算效率。通过本项目的实施进一步探明了翻滚事故中乘员的受伤机理，为减少翻滚事故中的乘员损伤提供理论支持与设计方向。此外，本项目相关研究成果已应用到东风小康580等车型开发中。. 项目发表论文9篇，其中SCI/EI合计收录5篇，出版专著1本（清华大学出版社）。申请国家发明专利1项，获得授权实用新型专利3项；培养硕士研究生6名。此外，基于项目的科研成果获重庆市科技进步二等奖1项（排名第三）。综上所述，本项研究工作按照项目计划顺利完成了研究内容及项目目标。