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正面碰撞波形評價(上)

2019-09-14 20:04:08·  來源:汽車碰撞安全仿真在線  
 
正面碰撞波形評價目的和意義建立正面碰撞波形評價可以為車身結(jié)構(gòu)耐撞性的設(shè)計(jì)優(yōu)化提供定量的指標(biāo),可以為目標(biāo)分解提供設(shè)計(jì)目標(biāo),可以為仿真與試驗(yàn)對標(biāo)、不同試驗(yàn)
正面碰撞波形評價目的和意義
 
建立正面碰撞波形評價可以為車身結(jié)構(gòu)耐撞性的設(shè)計(jì)優(yōu)化提供定量的指標(biāo),可以為目標(biāo)分解提供設(shè)計(jì)目標(biāo),可以為仿真與試驗(yàn)對標(biāo)、不同試驗(yàn)對標(biāo)提供準(zhǔn)確性與一致性評價。

正面碰撞的評價項(xiàng)為侵入量和碰撞波形
 
碰撞侵入量由于其數(shù)字表達(dá),在法規(guī)和NCAP中可以量化評價,但碰撞波形對假人傷害情況還需通過約束系統(tǒng)的綜合表達(dá),無法通過假人傷害值直接進(jìn)行量化評價。

常見的碰撞波形方法
 
基于波形特征參數(shù)的G-T\V-T\G-S評價方法
 
基于MADYMO的波形對標(biāo)準(zhǔn)確性評價方法
 
基于加速度等效的等效一階波形評價方法
 
基于加速度等效的等效二階波形評價方法
 
基于碰撞簡化力學(xué)模型的VPI波形評價方法
 
基于乘員胸部加速度載荷的OLC波形評價方法
 
基于波形特征參數(shù)評價

01、基于波形特征參數(shù)的評價方法
 
根據(jù)整車碰撞試驗(yàn)(B柱下端加速度曲線)或有限元仿真加速度曲線,對加速度進(jìn)行一次積分、二次積分,分別獲得G-T和V-T曲線,G-S曲線。
以加速度峰值、峰值時刻、反彈時刻、反彈速度、整車動態(tài)最大位移量(G-S曲線)等參數(shù),作為整車碰撞波形評價的參數(shù)。
三條曲線反映的參數(shù)如下圖所示:

02、基于MADYMO的波形準(zhǔn)確性評價方法
 
MADYMO軟件中的Objective rating的模塊,用于對曲線相似度進(jìn)行評價評價參數(shù)較多,具體指標(biāo)如下:
  • Global Min Value/Timing
  • Global Max Value/Timing
  • Global Peak Value/Timing
  • Difference area Under Curve (DUC)

03、基于加速度等效的等效一階波形評價
 
有效加速度的定義
 
有效加速度(Effective Acceleration:EA)是評價汽車正面剛性墻碰撞結(jié)構(gòu)耐撞性的一個綜合評定指標(biāo),其大小可從整車的速度時間歷程曲線中計(jì)算得到。
在正面剛性墻碰撞中,乘員傷害評估值取決于約束系統(tǒng)性能和整車結(jié)構(gòu)性能。通過EA可以建立乘員傷害評估和整車結(jié)構(gòu)性能之間的聯(lián)系。
EA越低,正面剛性墻碰撞性能越好。
 
正面剛性墻碰撞車體速度特征

從乘員保護(hù)的角度出發(fā),整車正面剛性墻碰撞過程中的理想狀態(tài)是車體持續(xù)做勻減速運(yùn)動,其速度曲線如下圖中虛線所示。實(shí)際碰撞過程中,車身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),很難使得車輛保持勻減速運(yùn)動狀態(tài)。碰撞的前期,隨著碰撞盒和縱梁等部件逐漸發(fā)生壓潰和折彎現(xiàn)象,實(shí)際速度要高于理想速度。而在碰撞后期,隨著前端結(jié)構(gòu)被壓實(shí),剛度增大,實(shí)際速度會低于理想速度,實(shí)際速度曲線如下圖中實(shí)線所示。
 
有效加速度的計(jì)算
 
測得B柱下端的速度曲線,找到最大的反彈速度值,刪除其后的部分,沿水平方向?qū)⑶€延長,如下圖所示。連接速度曲線的初始點(diǎn)和中值點(diǎn),作一條直線并與速度曲線相交,設(shè)該直線與原曲線圍成的兩部分面積分別為A、B。過中值點(diǎn)再作一條直線MN,它與過初始點(diǎn)和終點(diǎn)的水平線分別交于點(diǎn)M和N,記直線MN與先前直線圍成的兩部分面積為A'和B'。如A+B=A'+B',則直線MN的斜率即為有效加速度EA。
 
上圖中,三角形MGN的面積定義為有效壓潰Ce=2(C'+D')=2(C+D)。
速度變化 DV=(V0-VRebound)  (反彈速度VRebound 為負(fù)值 )。
     
則有效加速度 EA = DV2/2Ce。
頭部傷害 HIC=K*DV4/Ce1.5 (K=1.005)。
 
有效加速度與碰撞安全性能星級目標(biāo)
上表是部分車型NHTSA(美國高速公路安全管理局)星級評價統(tǒng)計(jì),其中CPI為表征乘員傷害程度的綜合指標(biāo),結(jié)合采用假人的頭部傷害指數(shù)與胸部傷害指數(shù)計(jì)算得到,是NHTSA星級評價的基礎(chǔ)。當(dāng)CPI<11%時,該車型正面碰撞性能星級評定為五星;當(dāng)11%
通過對各評價指標(biāo)與CPI之間的線性擬合,可以計(jì)算出各評價指標(biāo)與CPI之間的相關(guān)系數(shù),如下圖所示,在EA、加速度峰值、速度歸零時刻、整車最大壓潰量這4個評價指標(biāo)中,EA與NHTSA星級的相關(guān)程度最高。
通過下圖中的曲線,可以看出,有效加速度與CPI大致呈線性關(guān)系,即EA越高,CPI值越大,NHTSA星級越低。通常5星級車輛,其EA均小于27g;四星級及三星級車輛的有效加速度均大于27g。所以,EA越低,星級越高,整車正面碰撞性能越好。
EA基于正面100%剛性壁碰撞,根據(jù)初速度、反彈速度、速度中值,對速度曲線進(jìn)行等效處理,由速度曲線面積相等計(jì)算得出有效加速度的數(shù)值。 
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