基于MADYMO正面碰撞建模分析

基于MADYMO正面碰撞建模分析

袁庆磊

沈阳化工大学   辽宁沈阳  110142

摘要：本文利用MADYMO建立车体假人模型并赋予相应参数，模拟车辆正面碰撞发生过程，将乘员损伤加速度曲线与实车试验进行对比验证后，仿真结果与实际碰验结果趋势基本保持一致，证实该模型可靠性，可以为后续研究正面碰撞减速波形优化及约束系统优化提供参考依据。

关键词：碰撞 MADYMO 建模 仿真

前言

早期的汽车被动安全研究主要是通过真实车辆碰撞试验为研究。实车试验虽然精准度高，但需要耗费大量资金，而且研究周期长。随着现代仿真技术发展，采用MADYMO对碰撞过程模拟使得对约束系统的研究更为高效便捷[1]。通过仿真可以减少实际试验量，降低研究费用和周期。MADYMO 是被动安全研究中常用的 CAE 软件，其由荷兰的 TNO 汽车安全学会（TASS）于 1975 年开发，是一个世界范围内的乘员安全分析软件[2]。

在汽车安全约束系统中，三点式安全带约束对胸腔和腹部提供可靠保护早已被证实，正确佩戴安全带可以有效减少伤害和死亡。在碰撞系统安全开发过程中，实车试验往往耗费巨额费用，在调试阶段利用模拟仿真软件可以为我们提供有效的参考价值。MADYMO软件是目前最著名的汽车碰撞模拟仿真应用，其在正面碰撞约束系统安全分析领域具有高效可靠的性能。车辆碰撞过程中，主要起防护作用是乘员约束系统。乘员保护装置，包括座椅、安全带、安全气囊、转向柱与方向盘，车体内饰等[3]。碰撞发生时首先发生作用的是安全带，安全带配备预紧器，能及时收缩多余织带。安全带约束胸部和腹部。当车速升高达到50km/h时发生碰撞这时安全气囊就会弹出，阻止头部与车体内饰结构产生二次撞击[4]。文献［5］经过目标设定、设计开发、实车优化和验证试验，验证某车型正面碰撞性能达到了C-NCAP５星的开发目标。

1．碰撞假人-驾驶室模型的建立

以某乘用车车体结构为研究基础，采用多体动力学软件MADYMO进行实车建模。该模型包括座椅、安全带、安全气囊、转向管柱等约束系统装置，放置了HybridIII第50百分位多刚体假人模型如下图1。

其中主驾驶室包含前挡风玻璃防火墙、仪表板、地板、加速踏板、转向系统、乘员座椅等零构件。乘员约束系统模型包含三点式安全带（BELT）和主驾驶乘员侧安全气囊 (DAB)、等构件。其中多刚体安全带被赋予刚度特性；其安全带的力-相对延伸率曲线如图2所示。安全带预紧器预紧力-卷收量曲线如图3。安全气囊一般由供应商配置，对应一定的气体质量流率，其配置如下图4。

车体以及约束系统都依照驾驶舱总布置的几何参数建立;建立好的正面碰撞模型如图5所示。

图1.HybridIII第50百分位多刚体假人模型

图2.安全带的力-相对延伸率曲线图3.预紧器预紧力-卷收量曲线图 图4.气体质量流率-充气时间曲线

图5碰撞假人-驾驶室模型

2．正面碰撞模型损伤指标验证

以汽车碰撞减速波形作为该模型的加速度场，模拟碰撞时整车的减速环境，给定车体初速度并定义输出损伤进行仿真。正面碰撞模型验证遵循“从上到下”的原则本文选取头部、胸部、髋部X方向（正面）减速度历程曲线验证。损伤对比图如下图6、7、8，仿真与实验所得损伤值基本一致。

图6头部X方向加速度曲线 图7胸部X方向加速度曲线 图8髋部X方向加速度曲线

3.结论

本文基于MADYMO建立正面碰撞模型，对安全带、预紧器、安全气囊、等重要部件进行参数赋予。以此模型为基础施加减速度波形及初速度进行模拟仿真。仿真结果表面，头部、胸部、髋部加速度与实际碰验损伤趋势基本保持一致，证实该模型可靠性，为后续研究正面碰撞减速波形优化及约束系统优化提供参考依据。

参考文献

[1]邱少波 汽车碰撞安全工程[M] 北京理工大学出版社 北京2016.1

[2]任伟力，李晓萌，高卫民. MADYMO 软件在汽车安全性分析中的应用.  上海汽车. 1999.

[3]张学荣，刘学军，陈晓东.  正面碰撞安全带约束系统开发与试验验证.  汽车

工程,2007.29(12):1055-1058.

[4]杨志刚,叶平,马美林,等.乘用车后碰撞安全模拟与结构设计研究[J].  汽车工程, 2008, 30(11):972-974.

[5]黄强,向保才,李润晗,周俊,丁玲,王星磊,郭刚,黄颖,钮嘉颖,夏卫群,李建功,李三红. 基于C-NCAP目标的正面碰撞乘员保护性能开发[C]//.2021中国汽车工程学会年会论文集（4）.,2021:491-496.