正面碰撞中汽車(chē)兒童約束系統(tǒng)模型的建立及改進(jìn)

李 睿， 李志剛， 李文杰， 周子超， 張金換， 邵特立

（1.北京交通大學(xué) 機(jī)械與電子控制工程學(xué)院，北京 100044；2.北京科技大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，北京 100083；3.清華大學(xué) 汽車(chē)安全與節(jié)能?chē)?guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100084；4.交控科技股份有限公司，北京 100070）

近年來(lái)，隨著汽車(chē)保有量的增加，交通事故已成為造成兒童死亡的主要原因之一［1］。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，我國(guó)每年死于交通事故的14 歲以下兒童超過(guò)1.85 萬(wàn)人，分別是美國(guó)和歐洲的2.6 倍和2.5 倍。造成死亡量如此巨大差異的一個(gè)主要原因是兒童安全座椅的使用率不高。研究表明，2008年美國(guó)兒童安全座椅的使用率約已達(dá)到90%［2］，而截至2015 年，我國(guó)兒童座椅的使用率仍低于20%［3］。兒童座椅作為降低交通事故中兒童損傷的有效措施［4］，相對(duì)于成人安全帶，正確使用下的兒童死亡率可減少28%［5］。目前，世界上多個(gè)國(guó)家已出臺(tái)安全座椅相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)規(guī)范兒童座椅的生產(chǎn)、測(cè)試和使用，如美國(guó)的FMVSS 213、歐盟的ECE R44/R129、我國(guó)的GB 27887—2011 等。此外，德國(guó)、英國(guó)、瑞典、日本等國(guó)家均已立法強(qiáng)制使用兒童座椅［6］。

隨著上述標(biāo)準(zhǔn)的頒布實(shí)施以及商用仿真軟件的發(fā)展，仿真分析與試驗(yàn)相結(jié)合的方法逐漸被應(yīng)用到兒童座椅的設(shè)計(jì)研發(fā)、安全性評(píng)估及改進(jìn)優(yōu)化方面。目前，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)進(jìn)行了一些相關(guān)的研究。PARK 等［7］和羅萌等［8］分別使用有限元及多剛體-有限元相結(jié)合的模擬方法代替部分臺(tái)車(chē)試驗(yàn)的思路，縮短了研發(fā)周期。EMAN 等［9-10］建立了四點(diǎn)式兒童約束系統(tǒng)模型，分析了約束織帶材料及約束系統(tǒng)安裝方式對(duì)兒童防護(hù)性能的影響。高偉等［11］和王楓紅等［12］均建立了兒童座椅正面碰撞模型，前者分析了汽車(chē)座椅部件設(shè)計(jì)及參數(shù)對(duì)兒童防護(hù)性能的影響，后者則重點(diǎn)關(guān)注兒童座椅參數(shù)的影響。KAPOORT 等［13］建立兒童安全座椅臺(tái)車(chē)模型，探究了在正碰和側(cè)碰工況下，安全座椅誤用對(duì)兒童損傷的影響。臧孟炎等［14］基于建立的兒童座椅臺(tái)車(chē)有限元模型，說(shuō)明了兒童座椅側(cè)面碰撞法規(guī)制定的重要性。彭炫權(quán)等［15］、李海風(fēng)等［16］、胡佳等［17］分別建立了不同形式的兒童座椅有限元模型，評(píng)估了約束系統(tǒng)對(duì)兒童的防護(hù)效果，在此基礎(chǔ)上，胡佳還分析了上拉帶限力對(duì)兒童防護(hù)效果的影響。曹立波等［18］對(duì)未滿足ECE R44 要求的某兒童座椅結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，并基于所建立的有限元-多剛體耦合仿真模型，評(píng)估了結(jié)構(gòu)改進(jìn)后對(duì)兒童的防護(hù)效果。王龍臻［19］、楊欣等［20］、白中浩等［21］使用不同的優(yōu)化方法，對(duì)兒童座椅相關(guān)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，提高了兒童座椅的防護(hù)效果。

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)兒童座椅的相關(guān)研究主要關(guān)注如何進(jìn)一步降低兒童假人的損傷風(fēng)險(xiǎn)，通過(guò)座椅參數(shù)優(yōu)化、座椅關(guān)鍵部位材質(zhì)改進(jìn)和座椅結(jié)構(gòu)改進(jìn)等方式進(jìn)行，但大多數(shù)改進(jìn)方式對(duì)原有座椅的改動(dòng)較大，忽略了因改進(jìn)而引起的兒童座椅成本增加的問(wèn)題。曹立波等［18］雖然考慮了成本最小化原則，但其針對(duì)的是未滿足ECE R44 要求的座椅進(jìn)行改進(jìn)，而未滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的兒童座椅也是目前大多數(shù)研究人員進(jìn)行座椅結(jié)構(gòu)改進(jìn)的主要對(duì)象。此外，現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)對(duì)碰撞過(guò)程中座椅本身的變形量并沒(méi)有較細(xì)致的規(guī)定，對(duì)于座椅變形較大等問(wèn)題并未直接考察。因此，目前很少有在成本最小化原則的基礎(chǔ)上，對(duì)已滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求但其某部位結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理的兒童座椅進(jìn)行改進(jìn)，以解決如座椅變形較大易于失效等問(wèn)題，從而進(jìn)一步提高兒童座椅防護(hù)效果的研究。本文針對(duì)碰撞中某典型兒童座椅椅背變形過(guò)大的問(wèn)題，結(jié)合兒童座椅仿真以及臺(tái)車(chē)試驗(yàn)，提出了兼顧安全性和成本最小化原則的結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案，并對(duì)改進(jìn)方案進(jìn)行了不同工況下的安全性仿真評(píng)估。

1 兒童座椅約束系統(tǒng)模型的建立

使用多體動(dòng)力學(xué)軟件MADYMO 7.5，采用樹(shù)狀結(jié)構(gòu)建立了兒童約束系統(tǒng)模型，模型主要由兒童座椅、兒童假人、兒童和成人安全帶、臺(tái)車(chē)座椅等組成。

兒童座椅為某款典型兒童座椅，其中，座椅頭靠為可拆卸組件，通過(guò)中間螺栓與座椅主體結(jié)構(gòu)相連接。首先采用逆向CAD 法得到其幾何形狀，之后在Hypermesh 14.0 中使用四邊形和三角形網(wǎng)格對(duì)其進(jìn)行網(wǎng)格劃分，并將單元、節(jié)點(diǎn)信息導(dǎo)入MADYMO 中完成座椅模型的建立，所建立的兒童座椅模型如圖1 所示。兒童座椅的主體承載結(jié)構(gòu)為塑料骨架，其應(yīng)力-應(yīng)變曲線通過(guò)靜態(tài)拉伸試驗(yàn)得到，如圖2所示。

圖1 兒童座椅模型

圖2 兒童座椅材料應(yīng)力-應(yīng)變曲線

模型中的假人使用MADYMO 假人數(shù)據(jù)庫(kù)中的TNO P3 多剛體假人，同時(shí)調(diào)整假人的坐姿以保證在無(wú)初始穿透的前提下，使假人的背部、髖關(guān)節(jié)、腿部等貼合兒童座椅的表面。

兒童安全帶是P3 假人與兒童座椅之間約束的關(guān)鍵部件，依據(jù)實(shí)際座椅，采用五點(diǎn)式布置方式，由五點(diǎn)式安全帶和帶扣組成。由于帶扣在碰撞中幾乎不產(chǎn)生變形，所以采用多剛體模型建立。安全帶由肩帶、腰帶和胯帶組成，建模時(shí)采用多剛體和有限元相結(jié)合的方式，分別是接觸假人的有限元安全帶和不接觸假人模型且與兒童座椅相連接的多剛體安全帶，如圖3a所示。實(shí)際測(cè)量得到安全帶的寬度為38 mm，厚度為1.4 mm。安全帶建立后，使用模型預(yù)運(yùn)算的方法對(duì)有限元安全帶進(jìn)行擬合定位，所建立的兒童安全帶約束方式如圖3b 所示。兒童安全帶的力學(xué)屬性（剛度曲線）通過(guò)拉伸試驗(yàn)確定，其加載和卸載的剛度曲線如圖4 所示。根據(jù)安全帶的寬度和厚度參數(shù)可進(jìn)一步將試驗(yàn)所得力-延伸率曲線轉(zhuǎn)化為應(yīng)力-延伸率（應(yīng)變）曲線，作為模型中安全帶有限元部分的材料輸入。

圖3 兒童安全帶模型及約束方式

圖4 兒童安全帶力-延伸率曲線

在建立包含P3 假人的兒童座椅模型后，還需對(duì)其與臺(tái)車(chē)座椅模型進(jìn)行約束。臺(tái)車(chē)座椅模型根據(jù)GB 27887—2011［22］標(biāo)準(zhǔn)建立，其幾何尺寸及材料屬性均符合規(guī)定。兒童座椅模型與臺(tái)車(chē)座椅模型的約束通過(guò)成人安全帶實(shí)現(xiàn)，由于假人與成人安全帶無(wú)接觸，所以所建立的成人安全帶為多剛體安全帶，其力學(xué)屬性由拉伸試驗(yàn)確定，如圖5 所示。成人安全帶與臺(tái)車(chē)座椅的連接點(diǎn)同樣根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)建立，與兒童座椅的連接點(diǎn)根據(jù)兒童座椅上實(shí)際的連接位置建立，如圖6a所示。此外，模型中還需定義五點(diǎn)式帶扣與假人胸部腹部、假人與兒童安全帶、假人與兒童座椅、兒童座椅與臺(tái)車(chē)座椅之間的接觸。其中，本模型中并未對(duì)剛度遠(yuǎn)小于兒童座椅主體承載結(jié)構(gòu)的座椅表面織物部分進(jìn)行建模，其影響主要通過(guò)假人與座椅間的摩擦因數(shù)來(lái)體現(xiàn)，因此，對(duì)通過(guò)拉力計(jì)牽拉放置于座椅上的兒童假人進(jìn)行了相應(yīng)的摩擦因數(shù)測(cè)量試驗(yàn)，經(jīng)計(jì)算得到假人與座椅間的摩擦因數(shù)約為0.4。最終建立的兒童約束系統(tǒng)模型如圖6c所示。

圖5 成人安全帶力-延伸率曲線

圖6 兒童約束系統(tǒng)模型

2 兒童約束系統(tǒng)模型的驗(yàn)證

2.1 臺(tái)車(chē)試驗(yàn)

為驗(yàn)證兒童座椅模型的有效性，依據(jù)GB 27887—2011 進(jìn)行了兒童座椅臺(tái)車(chē)碰撞試驗(yàn)，如圖7 所示。試驗(yàn)假人選用法規(guī)中規(guī)定的TNO P3 假人。試驗(yàn)前，將臺(tái)車(chē)座椅固定在臺(tái)車(chē)上，使用成人安全帶將兒童座椅固定在臺(tái)車(chē)座椅上，使用兒童安全帶將兒童試驗(yàn)假人與兒童座椅進(jìn)行約束，并調(diào)整假人姿態(tài)。試驗(yàn)時(shí)，臺(tái)車(chē)以50 km/h 的初速度與緩沖器（波形發(fā)生器）發(fā)生正面碰撞，得到臺(tái)車(chē)碰撞時(shí)的減速度曲線如圖8 所示，減速度曲線基本處于GB 27887—2011 所規(guī)定的區(qū)間內(nèi)。整個(gè)碰撞過(guò)程中使用高速攝像機(jī)記錄假人及約束系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)。假人損傷方面，根據(jù)GB 27887—2011，采用了3 個(gè)損傷參數(shù)，分別為假人胸部合成加速度、頭部水平方向（x方向）和垂向（z方向）的位移，相應(yīng)損傷參數(shù)的限值見(jiàn)表1。其中，假人胸部合成加速度超過(guò)539 m/s2的持續(xù)時(shí)間不超過(guò)3 ms，假人頭部不應(yīng)超過(guò)圖9所示的DA和BA平面。

表1 采用的兒童乘員損傷參數(shù)及限值［22］

圖7 臺(tái)車(chē)試驗(yàn)

圖8 臺(tái)車(chē)碰撞減速度曲線

圖9 假人頭部移動(dòng)限值［22］

2.2 仿真與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

2.2.1 假人運(yùn)動(dòng)軌跡及姿態(tài)對(duì)比

依據(jù)臺(tái)車(chē)試驗(yàn)中假人的擺放姿態(tài)，按照臺(tái)車(chē)試驗(yàn)工況，使用MADYMO 軟件對(duì)圖6 所示的兒童約束系統(tǒng)模型進(jìn)行仿真計(jì)算。整個(gè)碰撞過(guò)程在9.8 m/s2的重力加速度下進(jìn)行。仿真得出的50、80、110、130 ms時(shí)刻兒童約束系統(tǒng)模型結(jié)果與同工況臺(tái)車(chē)試驗(yàn)的假人運(yùn)動(dòng)響應(yīng)對(duì)比，如圖10 所示，可以看出仿真中假人頭部、胸部、四肢和軀干在不同時(shí)刻的響應(yīng)姿勢(shì)與試驗(yàn)中的物理假人基本一致。碰撞初始，假人與兒童座椅相對(duì)于臺(tái)車(chē)座椅向前做平移運(yùn)動(dòng)。當(dāng)成人安全帶拉緊后，由于慣性的作用，假人腰部向前彎曲，上半身呈前俯姿態(tài)。此后，兒童座椅和假人分別在成人安全帶和兒童安全帶肩帶的約束下，開(kāi)始呈現(xiàn)反向運(yùn)動(dòng)，兒童座椅變形也逐漸恢復(fù)。

圖10 仿真與試驗(yàn)假人運(yùn)動(dòng)姿態(tài)對(duì)比

2.2.2 兒童假人損傷指標(biāo)曲線對(duì)比

正面碰撞工況下P3 假人胸部合成加速度及頭部水平、垂直方向位移的仿真與試驗(yàn)曲線對(duì)比，如圖11 所示，可以看出，對(duì)于胸部合成加速度，其仿真曲線與試驗(yàn)曲線變化趨勢(shì)、脈寬基本一致，在約20 ms 時(shí)刻，仿真和試驗(yàn)曲線均表現(xiàn)為加速度增加則速率增大，加速度峰值均出現(xiàn)于60～100 ms時(shí)刻內(nèi)，在100 ms后，加速度呈現(xiàn)快速減小趨勢(shì)。此外，仿真和試驗(yàn)所得到的胸部合成加速度峰值也較接近。對(duì)于頭部x方向位移，仿真曲線和試驗(yàn)曲線的變化趨勢(shì)和脈寬吻合性較好，頭部x方向位移均呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，在約90 ms 時(shí)刻，仿真和試驗(yàn)曲線均出現(xiàn)峰值，仿真所得曲線峰值時(shí)刻較試驗(yàn)曲線略有滯后。曲線峰值方面，仿真和試驗(yàn)曲線的峰值一致性較好，偏差約為1.6%。對(duì)于頭部z方向位移，仿真與試驗(yàn)曲線的整體走勢(shì)基本一致，均呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)，從60 ms 時(shí)刻起，仿真和試驗(yàn)曲線均表現(xiàn)出頭部z方向位移迅速增加，在約100 ms 時(shí)刻達(dá)到峰值，但仿真曲線峰值偏大，與試驗(yàn)曲線峰值的偏差約為3.9%。這主要是由于仿真用P3 多剛體假人與試驗(yàn)用P3 物理假人的響應(yīng)可能存在一定誤差，且多剛體假人由橢球體組成，與安全帶貼合的胸部、髖關(guān)節(jié)等表面與物理假人表面存在一定差異，可能會(huì)導(dǎo)致碰撞過(guò)程中安全帶的滑動(dòng)以及約束力作用位置的差異。整體來(lái)看，胸部合成加速度、頭部x方向和z方向位移的仿真曲線與試驗(yàn)曲線一致性較好。

圖11 仿真和試驗(yàn)工況下假人損傷指標(biāo)曲線對(duì)比

綜合假人運(yùn)動(dòng)響應(yīng)對(duì)比和損傷指標(biāo)曲線對(duì)比結(jié)果，可以看出兒童約束系統(tǒng)模型的仿真結(jié)果較真實(shí)地反映了實(shí)車(chē)碰撞過(guò)程，說(shuō)明建立的模型可靠性和預(yù)測(cè)精度較高，可用于后續(xù)兒童座椅的改進(jìn)研究。

3 兒童座椅安全性設(shè)計(jì)改進(jìn)及對(duì)比分析

3.1 兒童座椅設(shè)計(jì)改進(jìn)方案

由圖11 可知，正面碰撞工況下，假人胸部合成加速度峰值小于490 m/s2，即不存在假人胸部合成加速度超過(guò)539 m/s2的時(shí)間超過(guò)3 ms 的情況。此外，對(duì)于本座椅系統(tǒng)，碰撞初始時(shí)刻，相對(duì)于圖9中所示Cr 點(diǎn)位置，兒童頭部質(zhì)心位于其x方向的-50 mm，z方向的505 mm處。結(jié)合圖11中仿真所得頭部x方向和z方向位移峰值可知，以Cr為坐標(biāo)原點(diǎn)，兒童頭部質(zhì)心在x方向的位移區(qū)間為［-50.0，358.7］mm，在z方向的位移區(qū)間為［266.8，505.0］mm，即頭部x方向位移峰值小于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的550 mm，頭部z方向位移峰值也小于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的800 mm，滿足兒童頭部在DA 和BA 平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)的要求。假人胸部和頭部的損傷指標(biāo)值均在GB 27887—2011 規(guī)定的限值內(nèi)，表明該款兒童座椅滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。然而，從仿真碰撞過(guò)程可以觀察到（圖12），當(dāng)前結(jié)構(gòu)的兒童座椅在碰撞過(guò)程中安全帶上著力點(diǎn)附近的椅背頂部扭曲變形非常嚴(yán)重，碰撞中容易發(fā)生失效和破壞，這與GB 27887—2011 規(guī)定的試驗(yàn)后座椅不能有失效或者損壞的情況相悖。而且，在兒童座椅的實(shí)際使用過(guò)程中，一旦遭受更為嚴(yán)重的碰撞工況，座椅椅背的過(guò)大變形可能會(huì)引發(fā)椅背的徹底斷裂，進(jìn)而導(dǎo)致兒童脫離兒童座椅的約束，造成兒童頭頸部的嚴(yán)重?fù)p傷。分析原因，主要是由于在兒童座椅設(shè)計(jì)追求輕量化的同時(shí)，對(duì)兒童座椅剛度的設(shè)計(jì)不合理，減小了座椅剛度導(dǎo)致的。

圖12 原始兒童座椅椅背變形

兒童座椅的改進(jìn)難度和成本是兒童座椅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改進(jìn)時(shí)需重點(diǎn)關(guān)注的指標(biāo)。因此，為了在遵循成本最小化原則的同時(shí)有效改善兒童座椅椅背頂部的變形程度，提升兒童座椅的安全性和對(duì)兒童的保護(hù)效果，即盡可能少改動(dòng)同時(shí)提高座椅的安全性，在原座椅上提出了以下改進(jìn)方案：首先在椅背變形最為嚴(yán)重的上頂部后側(cè)加裝與椅背相同材料的加強(qiáng)板，提高椅背的彎曲剛度。由于加裝加強(qiáng)板后會(huì)增大兒童座椅質(zhì)量，為了維持兒童安全座椅的質(zhì)量基本不變，根據(jù)受力嚴(yán)重程度優(yōu)化座椅不同位置的剛度，在變形很小的椅背與椅盆的連接位置將原有的3 道凹槽貫通以減輕質(zhì)量。改進(jìn)前后的兒童座椅對(duì)比如圖13所示（已隱藏頭靠組件）。

圖13 改進(jìn)前后兒童座椅對(duì)比

本文所使用的加強(qiáng)板為矩形殼體，采用與座椅椅身相同的塑料通過(guò)吹塑加工成形，成形后殼體壁厚為2.5 mm。加強(qiáng)板兩端與座椅椅背間采用螺栓連接，以保證碰撞過(guò)程中與椅背的連接剛度。仿真建模時(shí)，使用SPOTWELD.NODE_NODE 的建模方式來(lái)近似模擬螺栓連接，且碰撞過(guò)程中，加強(qiáng)板兩端無(wú)脫落現(xiàn)象出現(xiàn)。

3.2 座椅改進(jìn)方案安全性評(píng)估

為評(píng)估改進(jìn)方案對(duì)兒童座椅椅背變形的改善效果以及對(duì)兒童損傷指標(biāo)的影響，建立了改進(jìn)后的兒童座椅仿真模型，首先在保證加載條件不變的情況下，與原有座椅進(jìn)行仿真對(duì)比分析。圖14a 對(duì)比展示了改進(jìn)前后兒童座椅在椅背變形最為嚴(yán)重時(shí)刻的椅背變形程度，為展示清晰，已隱藏頭靠組件等結(jié)構(gòu)?？梢钥闯?，加強(qiáng)板的加裝有效抑制了椅背形變，增加了結(jié)構(gòu)剛度，椅背變形程度明顯減小，尤其是椅背頂部，保證了碰撞過(guò)程中座椅結(jié)構(gòu)的完整性。

圖14 不同碰撞工況下改進(jìn)前后椅背最大變形程度對(duì)比（已隱藏頭靠組件）

除了滿足GB 27887—2011 的碰撞工況之外，汽車(chē)實(shí)際碰撞事故發(fā)生時(shí)，碰撞工況比標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定工況更嚴(yán)重（即碰撞加速度大于試驗(yàn)加速度）的情況時(shí)有發(fā)生，為進(jìn)一步評(píng)估在更嚴(yán)重碰撞工況下改進(jìn)方案的改善效果，將圖8 中試驗(yàn)所得的加速度曲線放大為原始曲線的1.3 倍，對(duì)改進(jìn)前后的模型進(jìn)行仿真分析，得到的椅背變形程度對(duì)比如圖14b 所示，可以看出，更嚴(yán)重碰撞工況下，改進(jìn)方案得到的椅背頂部變形量的抑制效果也較顯著，改善效果較好。

在假人損傷指標(biāo)方面，圖15 對(duì)比了臺(tái)車(chē)試驗(yàn)加速度和1.3 倍加速度工況下座椅改進(jìn)前后假人胸部3 ms 加速度、頭部x方向和z方向的位移。由圖可知，對(duì)于胸部3 ms加速度，在臺(tái)車(chē)試驗(yàn)加速度工況下，改進(jìn)后較改進(jìn)前有一定程度的降低，在1.3倍臺(tái)車(chē)試驗(yàn)加速度工況下，改進(jìn)后與改進(jìn)前基本一致。對(duì)于頭部x方向位移，改進(jìn)后較改進(jìn)前的位移值在兩種工況下均所有降低。對(duì)于頭部z方向位移，改進(jìn)后的座椅會(huì)使該指標(biāo)略有增加，但相對(duì)于Cr點(diǎn)，改進(jìn)前后兒童頭部質(zhì)心在z方向的位移值均遠(yuǎn)小于法規(guī)要求的800 mm。整體來(lái)看，在不同碰撞工況下，相對(duì)于原始座椅，改進(jìn)后的座椅均不會(huì)明顯增加兒童乘員各損傷指標(biāo)的數(shù)值。

圖15 座椅結(jié)構(gòu)改進(jìn)前后的假人損傷指標(biāo)對(duì)比

綜上所述，本文所提出的座椅改進(jìn)方案在保證座椅質(zhì)量近似的前提下，顯著增加了座椅剛度，減小了椅背形變量，確保了碰撞中座椅結(jié)構(gòu)不發(fā)生失效，不僅不會(huì)影響座椅對(duì)假人損傷的原有防護(hù)效果，部分損傷指標(biāo)值還會(huì)有所降低，達(dá)到了改進(jìn)的目的。

4 結(jié)論

本文建立并驗(yàn)證了包含某款典型兒童座椅的兒童約束系統(tǒng)模型。針對(duì)碰撞過(guò)程中座椅椅背頂部變形過(guò)大的問(wèn)題，在成本最小化的前提下對(duì)座椅結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，在椅背頂部后側(cè)加裝加強(qiáng)板，并將椅背與椅盆連接位置原有的凹槽貫通，以維持改進(jìn)后的座椅質(zhì)量與改進(jìn)前的基本一致，得出以下結(jié)論。

（1）兒童約束系統(tǒng)模型仿真與臺(tái)車(chē)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比表明，仿真和試驗(yàn)中假人運(yùn)動(dòng)軌跡、姿態(tài)及損傷指標(biāo)曲線吻合性較好，模型具有較高的準(zhǔn)確性。

（2）改進(jìn)前后的座椅仿真結(jié)果對(duì)比表明，改進(jìn)后的座椅結(jié)構(gòu)形式可在對(duì)原始兒童座椅進(jìn)行較少改動(dòng)、成本最小化的前提下，有效減少座椅椅背的變形量，保證碰撞中座椅結(jié)構(gòu)的完整性，同時(shí)有利于降低假人胸部加速度和頭部x方向位移指標(biāo)值，所提出的座椅改進(jìn)方案達(dá)到了對(duì)兒童的防護(hù)效果。