● 摘要
本文利用MADYMO和ANSYS软件，运用气体动力学和正交试验设计方法，对安全气囊折叠方式和乘员约束系统进行了优化设计。首先通过对交通事故中气囊对乘员造成意外伤害的各种作用机理的分析，结合气囊在几种典型折叠方式下的展开特性，提出了气囊展开特性的优化指标。据此优化指标，采用精确的气体动力学模型设计了新的气囊折叠方式。然后，利用MADYMO软件建立了包括安全带、安全气囊、座椅、转向系统和内饰件在内的某微型车的乘员约束系统仿真模型。在总结分析了正碰中乘员伤害特点的基础上，剖析了该微型车乘员约束系统保护性能特点并对其进行了参数灵敏度分析，找出了若干影响乘员响应的敏感参数，给出了相应的单参数设计优化区域。最后，从系统概念出发，对所有子系统敏感设计参数应用正交试验设计的方法，消除了各因素间交互作用的影响，考察了改进设计方案的稳定性，并对约束系统保护性能进行了综合分析，最后得到了该微型客车具有实际应用价值的改进结论。计算结果表明：Z向卷绕、Y向折入式折叠的气囊，在X向的最大展开位移最小；Z向卷绕、Y向折入和卷绕组合的折叠方式的气囊在Z向展开速度最慢。Z向卷绕、Y向折入式折叠的方式综合性能最优。碰撞中直接影响头部伤害指标的原因主要有人体头部质心受到的加速度场、织带约束乘员上身，头部向前甩动的强度和头部冲撞转向盘或前挡风的强度这三个方面。其中头部冲撞转向盘或前挡风是造成头部伤害的主要原因，通过优化气囊折叠方式及气体发生器点火时刻等设计参数，使得系统在气囊完全展开的瞬间，假人扑到气囊上，从而对假人提供最可靠的保护；碰撞中影响胸部压缩量指标的原因主要有安全带织带刚度和胸部与转向盘的碰撞两个方面，通过优化织带刚度、坐垫刚度等设计参数可以有效地约束乘员向前运动的位移，避免胸部与转向盘的碰撞或者减少碰撞强度，在头部和胸部伤害之间取得平衡，最终全面满足我国法规要求