基于MADYMO的轻型客车驾驶员约束系统优化

杨情操，朱 晓，吕传志，张 飞

(南京依维柯汽车有限公司 产品工程部，南京 210028)

基于MADYMO的轻型客车驾驶员约束系统优化

杨情操，朱 晓，吕传志，张 飞

(南京依维柯汽车有限公司 产品工程部，南京 210028)

通过对某轻型客车正面碰撞的实车数据分析，结合汽车碰撞安全模拟软件MADYMO建立驾驶舱内驾驶员及乘员的正面碰撞模型，进行分析，明确优化方向，对驾驶员安全气囊泄气孔等优化，通过仿真运输优化方案效果，最后经试验验证优化方案有效，并对仿真与实车试验结果进行了对比，通过仿真优化改进轻型客车正面碰撞安全性的提升方案。

MADYMO；轻型客车；驾驶员；安全气囊；安全带

0 引言

随着汽车数量的不断增加，汽车的安全性越来越引发广泛关注，我国已于2014年9月发布《汽车正面碰撞的乘员保护(GB11551-2014)》[1]国标，相对于2003版升级幅度较大，增加了5项指标、加严了两项指标并扩大适用范围。

汽车碰撞安全分析研究的最终目的是要在发生碰撞事故时保护驾驶员及乘员安全，约束系统是汽车碰撞乘员保护的重要装置。现在的乘员约束系统优化通常基于确定性的设计条件和载荷参数条件进行，其目的是提高对乘员的保护效果，使损伤风险降低到最低水平[2]。

为使得某轻型客车在正面碰撞中驾驶员及乘员伤害值进一步降低，从驾驶员及前排乘员约束系统进一步优化来提高车辆的正面安全性能，通过某轻型客车实车正面碰撞试验数据，并结合MADYMO软件[3-4]建立结构模型，经过分析设计，确定优化方向，并对优化方案进行仿真分析，最后通过实车试验进行验证。

1 约束系统建模

乘员约束系统的建模过程一般按照如下顺序进行。

(1) 首先根据车辆的几何模型(如CATIA等文件)，划分简单的网格，作为驾驶员空间模型的位置依据；

(2) 然后在MADYMO软件环境中，按照MADYMO的软件要求创建驾驶员空间，如地板，座椅，方向盘，仪表板和挡风玻璃等；

(3) 放置假人，然后根据实验前测量的数据对假人进行定位；

(4) 对安全带系统和安全气囊的创建，并设置合适的参数，如安全带的延伸率、气囊的折叠、气体发生器参数的获取、预紧器的点火时间，安全气囊的气孔大小，点火时间等；

(5) 定义假人与乘员空间、约束系统的接触；

事业单位绩效预算是以目标为考核导向的预算，其核心是通过制定绩效目标，建立预算绩效考评体系，逐步实现从注重资金投入到注重支出效果的转变。

(6)加载脉冲(车辆的B 柱加速度曲线)；

(7) 输出仿真结果，与试验结果进行比较。如果差异较大，需要对模型进行修正，调整参数，直到与试验结果吻合，说明建模可靠[4]。

1.1 乘员舱模型

将某轻型客车乘员舱的CATIA模型导入到HYPERWORKS进行网格划分，建模时，为保证乘员舱各个部件与假人的相对位置建立相应的几何参考基础，乘员舱及驾驶员模型，如图1所示。依靠网格模型的参考，乘员舱及其假人的空间就能很好的得到保证。

图1 驾驶员及前排乘员模型

1.2 座椅及安全带模型

安全带主要包括卷收器、高度调节器、带扣和下端固定点。某轻型客车的采用了预紧功能的安全带，其织带伸长率实测为13%至14%。由于现设计状态没有限力器，因此在模型中不设置限力。安全带的预紧功能可以用一个平移铰在设定的点火时间触发实现即可。

座椅在 MADYMO中可以用简单的椭球体和平面建模。由于在试验中，发现驾驶员的座椅靠背至少向前旋转了18度，如图2所示。因此在模型中需要将此运动过程模拟出来。同时车身驾驶室的变形和仪表板的入侵，方向盘有较大可能已经与假人胸部有接触。因此在模型中也需要将仪表板和方向盘的入侵都模拟出来。

1.3 驾驶员安全气囊模型

图2 座椅的旋转和仪表板入侵

图3 驾驶员安全气囊温度压力曲线

1.4 加速度曲线

在MADYMO中，可以通过对不同的对象加载相关的加速度及速度。在正面碰撞模型中，一般通过加载车身B柱加速度来实现。本模型为驾驶员分别加载B柱左侧加速度和B柱右侧加速度的曲线，如图4所示。

最终得到驾驶员模型如图5所示。

图4 某轻型客车试验左右侧B柱加速度曲线

2 驾驶员约束系统仿真分析

对改进前驾驶员约束系统仿真分析，在50km/h正面碰撞试验中的仪表板和方向盘入侵，以及座椅的旋转运动，在模型中，这一结果反应在假人伤害上，表现为仿真的大腿轴向压缩力与试验中大腿轴向压缩力相近，并以此作为模型的可靠性依据。经分析，驾驶员运动模拟结果显示，52 ms时仪表板和方向盘逐渐入侵，大腿接触仪表板，如图6所示。

图5 驾驶员模型

图6 驾驶员在52 ms时的位置图

经仿真分析，驾驶员伤害值，见表1，头部伤害值需要优化处理。

表1 驾驶员仿真伤害值

3 驾驶员约束系统结构优化后仿真分析与试验验证

对驾驶员约束系统经优化，驾驶员安全气囊的气体发生器不变，气囊取消拉带，气囊泄气孔改为45mm×2，位置不变。系统优化前后的对比，如图7所示。

图7 优化前后驾驶员运动对比图

对驾驶员约束系统进行优化后，经仿真分析，驾驶员伤害值见表2。因为安全气囊对驾驶员保护加大，驾驶员头部HIC36值及加速度等有了明显下降，胸部伤害值及腿部伤害值也有所降低。

表2 驾驶员仿真优化前后伤害值对比

对于优化后的轻型客车按GB11551-2014《汽车正面碰撞乘员保护》[1]进行50 km/h正面100%重叠刚性壁障碰撞试验，获得此速度下碰撞后驾驶员假人伤害值，见表3。

表3 驾驶员仿真与实测伤害值对比

在驾驶员约束系统优化后，整车仿真值与碰撞实测值较为接近，最大差值不超过5%，表明采用MADYMO对轻型客车驾驶员约束系统优化方案可行。

4 结论

针对某轻型客车正面碰撞试验中出现的驾驶员头部伤害值偏大问题，结合MADYMO 软件建立结构模型，确定优化方向。对驾驶员约束系统进行优化，通过对驾驶员安全气囊取消拉带、修改泄气孔，在改善了驾驶员头部伤害值的同时又没造成其他部位伤害指标的增高，通过试验验证，在驾驶员约束系统优化后，整车仿真值与碰撞实测值较为接近，最大差值不超过5%，表明采用MADYMO对轻型客车驾驶员约束系统优化方案可行，并整体提高了轻型客车驾驶员在正面碰撞的安全系数，达到预期的目标。

[1] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局,中国国家标准化管理委员会. GB11551-2014汽车正面碰撞的乘员保护[S].北京：中国标准出版社,2015.

[2] 朱孟恒,韩忠浩,张绍伟,等．基于MADYMO的正面碰撞驾驶员侧安全性能优化分析[J].辽宁工业大学学报:自然科学版,2012(10):321-324.

[3] 范成建. MADYMO软件在乘员约束系统建模及优化中的应用[D].长春:吉林大学,1999.

[4] 施卢丹,颜先华. 驾驶员安全气囊有限元模型建立及对标分析[J].公路与汽运,2015(4): 10-13.

(责任编辑：孙文彬)

Light Bus Driver Constraint System Optimization Based on MADYMO

YANG Qing-cao, ZHU Xiao, LV Chuan-zhi, ZHANG Fei

(Vehicle Performance of Daily Development of Product Engineering, NAVECO Ltd., Nanjing 210028, China)

Through the real vehicle frontal crash data analysis for a light-duty passenger vehicle, combined with the automobile collision safety simulation software MADYMO, frontal crash model of cockpit pilots and crew were built and analyzed, the driver's airbag frustrated hole was optimized. By simulating optimization result, and finally verifying test proofs that optimization scheme is effective, and the results of simulation and real vehicle experiment are compared, the simulation optimization to improve the light bus frontal impact the safety of lifting scheme is effective.

MADYMO; light bus; driver; airbag; seat belt

2017-02-17

杨情操(1980-)，男，湖北天门人，高级工程师，主要从事整车碰撞安全开发研究。

U

A

1009-7961(2017)03-0070-04