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建立儿童约束系统（CRS）台车的有限元模型

2023-06-21 22:02:09·  来源：汽车测试网  
　

随着交通事故的频发，儿童乘车安全问题备受关注。为了提高儿童在车辆碰撞中的安全性能，本研究基于THUMS 10岁儿童人体模型，结合高靠背增高垫儿童座椅、汽车座椅和三点式安全带等组件，建立了儿童约束系统（CRS）台车的有限元模型。本文详细介绍了该模型的构建过程，并进行了正面碰撞仿真试验模拟。


一、模型组成及参数来源

儿童约束系统（CRS）台车主要由THUMS 10岁儿童人体模型、高靠背增高垫儿童座椅、汽车座椅和三点式安全带等组成。其中，汽车座椅模型的几何形状和材料参数均来自美国高速公路安全管路局公布的丰田Yaris汽车模型。儿童座椅模型是在CASPER项目期间由Lesire等人开发，采用成人安全带，并通过了有效性验证。该模型包含弹性座椅外壳和刚性座椅底座，其中弹性座椅外壳外表面覆盖一层泡沫材质。


为确保汽车座椅和儿童安全座椅CRS在旋转时具有足够的刚度，儿童座椅CRS与汽车座椅采用刚性连接，汽车座椅内部管梁结构设定为刚性材料。CRS下锚点结构也设定为刚性材料，并与汽车座椅刚性连接。此外，安全带锁扣、滑环和卷收器等与汽车座椅结构也采用刚性连接，以使其能够伴随汽车座椅同步旋转且与座椅的相对位置保持不变。


二、正面碰撞仿真试验模型

本文选取某车型的56 km/h正面碰撞试验的加速度冲击曲线作为仿真试验的输入参数。该加速度冲击曲线如图5所示。为了研究不同座椅朝向对儿童约束系统的影响，模型座椅初始朝向设定为0°、90°、135°和180°。


三、模型仿真及分析

基于以上模型组成和输入参数，进行了儿童约束系统（CRS）台车的正面碰撞仿真试验。仿真结果显示，在不同座椅朝向下，儿童约束系统对儿童的保护性能存在差异。


通过对仿真结果的分析，发现在不同座椅朝向下，儿童约束系统对儿童头部和胸部的保护效果较为显著。在0°和180°朝向下，儿童头部和胸部受到较大的加速度冲击，而在90°和135°朝向下，儿童头部和胸部受到的冲击较小。这表明儿童约束系统的朝向对于头部和胸部的保护效果具有重要影响。


此外，正面碰撞仿真试验还揭示了儿童约束系统对于腹部和骨盆的保护性能。不同座椅朝向下，儿童约束系统对腹部和骨盆的保护效果也存在差异。在0°和180°朝向下，儿童腹部和骨盆受到的冲击较小，而在90°和135°朝向下，儿童腹部和骨盆受到的冲击较大。


四、结论与展望

本文建立了儿童约束系统（CRS）台车的有限元模型，并进行了正面碰撞仿真试验模拟。仿真结果表明，儿童约束系统的朝向对儿童的保护性能有显著影响，特别是对头部、胸部、腹部和骨盆的保护效果。


未来的研究可以进一步优化儿童约束系统的设计，提高其对儿童在车辆碰撞中的保护性能。此外，可以考虑引入其他影响因素，如车速、碰撞角度等，来进一步探究其对儿童安全的影响。


总之，本研究为儿童约束系统（CRS）台车的设计和优化提供了有限元模型和仿真分析方法，为提高儿童乘车安全性能提供了理论基础和技术支持。相信通过不断的研究和创新，儿童在交通事故中的安全将得到更好的保障。

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