CN109606305B - 一种实现行人头部撞击车身过程中头部伤害最小化的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种实现行人头部撞击车身过程中头部伤害最小化的方法,其包括根据头部伤害指标获得理论最优头部加速度曲线的形状;根据理论最优头部加速度曲线的形状获得可实现的头部加速度曲线的形状;确定可实现的头部加速度曲线中拐点处的数值,以确定可实现的头部加速度曲线;比较实际头部加速度曲线的峰值和可实现的头部加速度曲线的峰值的位置关系,以确定车身可变形空间利用率。本发明提供的实现行人头部撞击车身过程中头部伤害最小化的方法,通过提供一种可实现的头部加速度曲线,使实际头部加速度曲线的峰值和可实现的头部加速度曲线的峰值进行比对,从而可以直观地反映出车身上需要优化改进的方向,以实现头部撞击损伤最小化。
Description
技术领域
本发明涉及汽车技术领域,尤其涉及一种实现行人头部撞击车身过程中头部伤害最小化的方法。
背景技术
中国交通事故深入研究统计数据表明,行人与车辆之间的碰撞事故占总事故的20%,其中死亡人数占总数的30%,行人事故占比高,死亡人数占比高。行人事故中大体分为两大类:行人头部20与车辆10碰撞和行人腿部与车辆碰撞,其中行人头部20与车辆10碰撞是造成行人死亡的主要碰撞类型,如图1所示的行人头部与车辆碰撞时的状态图。
为了降低行人头部与车辆碰撞造成的人员死亡,一方面人体生物力学研究人员对头部损伤机理进行深入研究,提出了全球公认的头部伤害指标(HIC-head injurycriterion)。HIC指标越大,头部损伤越严重。
目前针对行人头部与车身结构碰撞损伤保护改进,都是基于对车身结构加强或是弱化的大量试错设计基础上进行的,并不能确保头部碰撞损伤最小化。
发明内容
本发明的目的是提供一种实现行人头部撞击车身过程中头部伤害最小化的方法,以解决上述现有技术中的问题,以为车身优化提供参照方向,实现头部撞击损伤最小化。
本发明提供了一种实现行人头部撞击车身过程中头部伤害最小化的方法,其中,包括如下步骤:
根据头部伤害指标获得理论最优头部加速度曲线的形状;
根据所述理论最优头部加速度曲线的形状获得可实现的头部加速度曲线的形状;
根据实际头部碰撞加速度数据统计及数值优化算法确定所述可实现的头部加速度曲线中拐点处的数值,以确定可实现的头部加速度曲线;
获取实际头部加速度曲线;
比较所述实际头部加速度曲线的峰值和所述可实现的头部加速度曲线的峰值的位置关系,以确定车身可变形空间利用率。
如上所述的实现行人头部撞击车身过程中头部伤害最小化的方法,其中,优选的是,所述根据头部伤害指标获得理论最优头部加速度曲线的形状,具体包括:
根据如下公式获得理论最优头部加速度曲线:
a(t)=HIC0.4t-0.4,t≤15ms
其中,a(t)为头部加速度,HIC为头部伤害指标,t表示记录开始与记录结束两个时刻之间的某一段时间间隔。
如上所述的实现行人头部撞击车身过程中头部伤害最小化的方法,其中,优选的是,所述根据实际头部碰撞加速度数据统计及数值优化算法确定所述可实现的头部加速度曲线中拐点处的数值,以确定可实现的头部加速度曲线,具体包括:
测量车辆或车辆模型受头部模型撞击时的实际可变形空间;
根据所述可实现的头部加速度曲线获得理论可变形空间;
判断所述理论可变形空间是否大于所述实际可变形空间;
如果是,重新确定所述拐点处的数值。
如上所述的实现行人头部撞击车身过程中头部伤害最小化的方法,其中,优选的是,所述根据实际头部碰撞加速度数据统计及数值优化算法确定所述可实现的头部加速度曲线中拐点处的数值,以确定可实现的头部加速度曲线,具体包括:
在所述拐点处设置多组不同的数值;
获得在每一组数值下所得到的可实现的头部加速度曲线所对应的头部伤害指标;
确定各个头部伤害指标中的最小值所对应的拐点处的数值。
如上所述的实现行人头部撞击车身过程中头部伤害最小化的方法,其中,优选的是,所述比较所述实际头部加速度曲线的峰值和所述可实现的头部加速度曲线的峰值的位置关系,以确定车身可变形空间利用率,具体包括:
如果所述实际头部加速度曲线的峰值在同一时刻大于所述可实现的头部加速度曲线的峰值,则确定所述可变形空间利用率小于100%。
如上所述的实现行人头部撞击车身过程中头部伤害最小化的方法,其中,优选的是,所述比较所述实际头部加速度曲线的峰值和所述可实现的头部加速度曲线的峰值的位置关系,以确定车身可变形空间利用率,具体包括:
如果所述实际头部加速度曲线的峰值发生的时间点滞后于所述可实现的头部加速度曲线的峰值发生的时间点,则确定所述可变形空间利用率大于100%。
如上所述的实现行人头部撞击车身过程中头部伤害最小化的方法,其中,优选的是,所述头部伤害指标根据如下公式确定:
其中,HIC表示头部伤害指标,t1和t2表示头部模型冲击过程中的两个时刻,a表示碰撞过程中头部模型质心处的合成加速度。
本发明提供的实现行人头部撞击车身过程中头部伤害最小化的方法,通过提供一种可实现的头部加速度曲线,使实际头部加速度曲线的峰值和可实现的头部加速度曲线的峰值进行比对,从而可以直观地反映出车身上需要优化改进的方向,以实现头部撞击损伤最小化。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例提供的实现行人头部撞击车身过程中头部伤害最小化的方法的流程图;
图2为行人头部与车辆碰撞时的状态图;
图3为头部碰撞可变形空间示意图;
图4为理论最优头部加速度曲线形状的示意图;
图5为可实现的头部加速度曲线形状的示意图;
图6为本实施例提供的一种实际头部加速度曲线的峰值和所述可实现的头部加速度曲线的峰值的位置关系示意图;
图7为本实施例提供的另一种实际头部加速度曲线的峰值和所述可实现的头部加速度曲线的峰值的位置关系示意图。
附图标记说明:
10-车辆 20-头部
100-头部 200-可变形结构
300-不可变形结构 400-可变形空间
500-可实现的头部加速度曲线 600-实际头部加速度曲线
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,仅用于解释本发明,而不能解释为对本发明的限制。
如图2至图7所示,本发明实施例提供了一种实现行人头部撞击车身过程中头部伤害最小化的方法,其包括如下步骤:
步骤S1、根据头部伤害指标获得理论最优头部加速度曲线的形状。
其中,头部伤害指标可以根据如下公式确定:
其中,HIC表示头部伤害指标,t1和t2表示头部模型冲击过程中的两个时刻,a表示碰撞过程中头部模型质心处的合成加速度。
需要说明的是,头部冲击减速过程开始越早,车身需要的变形空间越小,因此,设定头部开始接触车身时即开始减速,即设定t1=0,而t2可以为小于等于15ms内的任意值;由此,根据上述公式(1),可以得到任意头部伤害指标(HIC)对应的理论最优头部加速度曲线的形状。其中,虽然不同的头部伤害指标(HIC)对应的理论最优头部加速度曲线上的数据不同,但是,所得到的理论最优头部加速度曲线的形状均相同。
步骤S2、根据所述理论最优头部加速度曲线的形状获得可实现的头部加速度曲线的形状。
其中,如图4所示,理论最优头部加速度曲线为一条光滑弧形曲线,为了能够直观地分析解读头部冲击过程中各阶段加速度的变化,可以使理论最优头部加速度曲线转换为可实现的头部加速度曲线,如图5所示,由此可以通过可实现的头部加速度曲线上的拐点坐标直观接卸加速度的变化,方便了后续对实际头部加速度曲线的峰值和可实现的头部加速度曲线的峰值的位置关系的比较。
步骤S3、根据实际头部碰撞加速度数据统计及数值优化算法确定所述可实现的头部加速度曲线中拐点处的数值,以确定可实现的头部加速度曲线。
其中,由于在步骤S1和步骤S2中得到了曲线的形状,为了确定所得到的可实现的头部加速度曲线能够实现行人头部撞击车身过程中头部伤害最小化,可以根据实际头部碰撞加速度数据统计及数值优化算法确定可实现的头部加速度曲线中拐点处的数值,以确定一条可以保证头部伤害最小化的最优的曲线。
步骤S4、获取实际头部加速度曲线。
步骤S5、比较所述实际头部加速度曲线的峰值和所述可实现的头部加速度曲线的峰值的位置关系,以确定车身可变形空间利用率。
其中,如图3所示,车身上包括可变形结构200和不可变形结构300,其中,可变形结构200可以为碰撞过程中能够发生塑性变形的结构,如发动机盖;而不可变形结构300可以为碰撞过程中不能发生塑性变形的结构,如发动机缸体等。其中,可变形空间400可以指可变形结构200与不可变形结构300之间的距离。当可变形结构200受头部100冲击变形后未与不可变形结构300接触时,说明可变形空间400利用率小于100%;而可变形结构200受头部100冲击变形后与不可变形结构300接触时,说明可以变形空间利用率等于100%或大于100%。
如图6所示,如果所述实际头部加速度曲线的峰值在同一时刻大于所述可实现的头部加速度曲线的峰值,则确定所述可变形空间利用率小于100%。也就是说,可变形空间未完全利用,此时,可以降低车身上相应位置处的部件的刚度和有效质量;具体地,可以使车身相应碰撞位置处的结构弱化,降低材料等级,降低板件厚度等,从而实现行人头部撞击车身过程中头部伤害最小化。
如图7所示,如果所述实际头部加速度曲线的峰值发生的时间点滞后于所述可实现的头部加速度曲线的峰值发生的时间点,则确定所述可变形空间利用率大于100%。在此种情况下,车身上可变形结构与不可变形结构接触,而且可变形结构对不可变性结构进一步造成了冲击,此时头部将撞击到车身上的不可变形结构处,易造成头部的严重损伤。为此,可以通过提升车身上相应撞击部位的刚度和有效质量;具体地,可以在车身上相应位置处增加增强垫,提升结构强度,增加材料厚度、提升材料等级,从而实现行人头部撞击车身过程中头部伤害最小化。
进一步,步骤S1具体可以包括:
根据如下公式获得理论最优头部加速度曲线:
a(t)=HIC0.4t-0.4,t≤15ms
其中,a(t)为头部加速度,HIC为头部伤害指标,t表示记录开始与记录结束两个时刻之间的某一段时间间隔。
进一步,步骤S3具体可以包括:
步骤S31、测量车辆或车辆模型受头部模型撞击时的实际可变形空间。
步骤S32、根据所述可实现的头部加速度曲线获得理论可变形空间。
步骤S33、判断所述理论可变形空间是否大于所述实际可变形空间。
步骤S34、如果是,重新确定所述拐点处的数值。
其中,判断理论可变形空间是否大于所述实际可变形空间,当理论可变形空间利用率达到100%时,实际可变形空间的利用率已经超过了100%,由此将导致头部与车身上不可变形结构发生碰撞,造成头部的严重损伤。因此,当理论可变形空间大于实际可变形空间时,需重新设置拐点处的数据,已使理论可变形空间小于等于实际可变形空间,并确定该条件下的可实现的头部加速度曲线为最优的曲线。
进一步,步骤S3具体还可以包括:
步骤S35、在所述拐点处设置多组不同的数值。
步骤S36、获得在每一组数值下所得到的可实现的头部加速度曲线所对应的头部伤害指标。
步骤S37、确定各个头部伤害指标中的最小值所对应的拐点处的数值。
具体地,如图5所示,在可实现的头部加速度曲线中具有三个拐点,其中,纵坐标包括两个头部加速度值a1和a2,横坐标包括四个时刻值ta、tb、tc和td;其中,由于头部冲击减速过程开始越早,车身需要的变形空间越小,因此,根据实际头部碰撞加速度数据库,实际头部碰撞加速度峰值最早出现的时刻为2.5ms左右,因此,ta可以设定为2.5ms,同时,tb可以设定为5ms。同时,a1、a2、tc和td作为位置变量,可以结合数值优化算法,通过设置多组不同数值,不断调整优化,并获得各组数值下的头部伤害指标(HIC),最后确定各个头部伤害指标(HIC)中的最小值所对应的拐点处的数值,在本实施例中,该组数值为:a1=50g,a2=200g,tc=15ms,td=20ms,其中,最小头部伤害指标(HIC)为650,由此确定了完整的可实现的头部加速度曲线,对后续与实际头部加速度曲线之间的峰值比对提供了标准参照。
本发明实施例提供的实现行人头部撞击车身过程中头部伤害最小化的方法,通过提供一种可实现的头部加速度曲线,使实际头部加速度曲线的峰值和可实现的头部加速度曲线的峰值进行比对,从而可以直观地反映出车身上需要优化改进的方向,以实现头部撞击损伤最小化。
以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果,以上所述仅为本发明的较佳实施例,但本发明不以图面所示限定实施范围,凡是依照本发明的构想所作的改变,或修改为等同变化的等效实施例,仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时,均应在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种实现行人头部撞击车身过程中头部伤害最小化的方法,其特征在于,包括如下步骤:
根据头部伤害指标获得理论最优头部加速度曲线的形状;
根据所述理论最优头部加速度曲线的形状获得可实现的头部加速度曲线的形状;
根据实际头部碰撞加速度数据统计及数值优化算法确定所述可实现的头部加速度曲线中拐点处的数值,以确定可实现的头部加速度曲线;
获取实际头部加速度曲线;
比较所述实际头部加速度曲线的峰值和所述可实现的头部加速度曲线的峰值的位置关系,以确定车身可变形空间利用率;
如果所述实际头部加速度曲线的峰值在同一时刻大于所述可实现的头部加速度曲线的峰值,则确定所述可变形空间利用率小于100%,此时,通过降低车身上相应位置处的部件的刚度和有效质量,使车身相应碰撞位置处的结构弱化,从而实现行人头部撞击车身过程中头部伤害最小化;
如果所述实际头部加速度曲线的峰值发生的时间点滞后于所述可实现的头部加速度曲线的峰值发生的时间点,则确定所述可变形空间利用率大于100%,此时,通过提升车身上相应撞击部位的刚度和有效质量,从而实现行人头部撞击车身过程中头部伤害最小化。
2.根据权利要求1所述的实现行人头部撞击车身过程中头部伤害最小化的方法,其特征在于,所述根据头部伤害指标获得理论最优头部加速度曲线的形状,具体包括:
根据如下公式获得理论最优头部加速度曲线:
a(t)=HIC0.4t-0.4,t≤15ms
其中,a(t)为头部加速度,HIC为头部伤害指标,t表示记录开始与记录结束两个时刻之间的某一段时间间隔。
3.根据权利要求1所述的实现行人头部撞击车身过程中头部伤害最小化的方法,其特征在于,所述根据实际头部碰撞加速度数据统计及数值优化算法确定所述可实现的头部加速度曲线中拐点处的数值,以确定可实现的头部加速度曲线,具体包括:
测量车辆或车辆模型受头部模型撞击时的实际可变形空间;
根据所述可实现的头部加速度曲线获得理论可变形空间;
判断所述理论可变形空间是否大于所述实际可变形空间;
如果是,重新确定所述拐点处的数值。
4.根据权利要求1所述的实现行人头部撞击车身过程中头部伤害最小化的方法,其特征在于,所述根据实际头部碰撞加速度数据统计及数值优化算法确定所述可实现的头部加速度曲线中拐点处的数值,以确定可实现的头部加速度曲线,具体包括:
在所述拐点处设置多组不同的数值;
获得在每一组数值下所得到的可实现的头部加速度曲线所对应的头部伤害指标;
确定各个头部伤害指标中的最小值所对应的拐点处的数值。
5.根据权利要求1所述的实现行人头部撞击车身过程中头部伤害最小化的方法,其特征在于,所述比较所述实际头部加速度曲线的峰值和所述可实现的头部加速度曲线的峰值的位置关系,以确定车身可变形空间利用率,具体包括:
如果所述实际头部加速度曲线的峰值在同一时刻大于所述可实现的头部加速度曲线的峰值,则确定所述可变形空间利用率小于100%。
6.根据权利要求1所述的实现行人头部撞击车身过程中头部伤害最小化的方法,其特征在于,所述比较所述实际头部加速度曲线的峰值和所述可实现的头部加速度曲线的峰值的位置关系,以确定车身可变形空间利用率,具体包括:
如果所述实际头部加速度曲线的峰值发生的时间点滞后于所述可实现的头部加速度曲线的峰值发生的时间点,则确定所述可变形空间利用率大于100%。
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