做座MADYMOAutoDOE在乘员约束系统

MADYMO/AutoDOE在乘员约束系统优化中的应用

摘要：乘员约束系统的参数对乘员保护的效果相当重要。本文介绍了通过MADYMO/AUTODOE 对一种折叠式安全带系统进行的优化， 优化的目标是在GB11551 工况下的乘员伤害最小。根据实际情况选择了安全带延伸率和折叠长度作为优化的参数。优化结果表明，这种折叠式安全带可以改变乘员运动姿态，并达到降低乘员伤害的目的。

简介

MADYMO/AUTODOE 是乘员安全性分析软件。AUTODOE 结合了DOE（试验设计）和CAE 分析的特点，可以根据用户定义自动完成试验设计、模拟计算以及相关的数据分析。极大的方便了相关方面的工程设计和研究分析。AUTODOE 的分析流程如图1。

图1 AUTODOE 分析流程

折叠式安全带是将织带在腰带或肩带的地方重叠一段并缝合起来，在安全带载荷达到规定的阀值后会被撕开，降低织带作用力从而达到保护乘员的效果（图2）。但这种安全带的使用也会导致乘员前移量增大，引起腿部等其他部位较大的伤害。

图2 折叠式安全带

本文利用MADYMO/AUTODOE 对某车型的折叠安全带系统进行了优化。

模型的建立

该乘员约束系统主要包括：

1. 乘员空间：地板、防火墙、风挡玻璃。

2. 约束系统：座椅、安全带、方向盘，仪表板。

3. 转向系统：转向管柱、方向盘（图3）。

图3 乘员约束系统模型

通过实车试验，验证了模型的有效性。

模型的优化

根据实际情况，选择了织带延伸率和折叠长度两个易于控制的参数对系统进行优化。参数水平的选择如表1。表1 优化参济南试验机为什么那么好？数及其水平

在GB11551 要求的碰撞条件下，假人的伤害必须满足以下要求：

1. 头部损伤指标（HIC）≤ 1000，或“无头部接触”；

2. 大腿轴向力Ff≤ 10000N；

3. 胸骨压缩量≤ 75mm。

试验和仿真结果显示，碰撞中假人的胸骨压缩量较小，所以优化过程中并不将其作为一个目标值。所以优化的目标为：在大腿轴向力小于一定值F0 的约束条件下寻找HIC 的最小稳定解，即：

根据AUTODOE 的计算结果绘制出HIC 和Ff 响应曲面（图4）。

图4 AUTODOE 的计算结果结账时会额外花多少钱

从计算结果可以看出，适当增加折叠长度和增加延伸率可以降低HIC 值，但会导致大腿轴向力增大，反之亦然。大腿力的响应是近似线性的，而HIC 的响应呈现较强的非线性，因此在设计时要考虑优化结果的稳定性。

优化结果比较

最终优化的参数值为：

1. 织带延伸率为14％；

2. 折叠长度为80mm。

优化后的结果与最初的设计（7％没有折叠）的结果对比如图5 所示。优化后的HIC 降低了约20％，而大腿轴向力也限定在一个合理的范围，取得了很明显的效果。