[發明專利]概念設計階段約束系統的設計方法

有效

• 申請號: 201810480248.0
• 申請日: 2018-05-18
• 公開（公告）號: CN108647464B
• 公開（公告）日: 2019-08-09
• 發明（設計）人: 張君媛;王丹琦;李仲玉;舒暢;姜哲;陸炳全;鄭丹楓
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 齊安全;胡景陽

1.一種概念設計階段約束系統的設計方法,其特征在于，所述的概念設計階段約束系統的設計方法包括步驟如下：

1)確定輸入條件：

(1)乘員胸部加速度限值G

乘員胸部加速度限值G分布在30～50g之間，G值越小代表乘員安全性要求越高；

(2)車內生存空間S₀

車內生存空間S₀定義為乘員胸部到轉向盤的水平距離；在整車抗撞性的概念設計階段，車體總布置參數基本確定，車內生存空間S₀也確定；

(3)碰撞初速度v₀

所述的碰撞初速度v₀根據碰撞試驗要求確定；

(4)碰撞波形

t_v的計算式為：

式中：v₀為碰撞初速度,矩形波形中A₀為矩形波幅值，t_v為車體速度減為0的時刻，即停車時刻；

2)簡化曲線處理：

(1)簡化約束剛度曲線

梯形約束系統剛度的簡化參數包括：

約束系統等效剛度k、乘員加速度G、乘員最大相對位移D_o/v及乘員加速度達到限值時刻t_L的相對位移D_L，簡稱極限相對位移；

其中：G是正向設計時根據乘員保護要求提出的胸部加速度限值,

D_o/v是總布置階段已經確定好的乘員生存空間S₀,

k與約束系統力學參數相關，如安全帶預緊量，限力等級，安全氣囊充氣量，泄氣孔尺寸，以及吸能式轉向管柱維持力；在梯形約束剛度曲線中k和D_L為未知量；

(2)簡化碰撞波形曲線

將時間域的矩形波轉化到相對位移域，轉化過程中矩形波的幅值A₀不變，D_r0為車體停止運動時乘員的相對位移，與停車時刻t_v對應；

3)約束剛度與碰撞波形的耦合作用分析：

利用面積相等原理，相對位移域車體加速度曲線和乘員加速度曲線的面積相等，在相對位移域上約束能量密度滿足：

式中:為乘員加速度，為車體加速度，x_o/v為乘員相對位移；

因此，矩形波與梯形約束系統剛度的對應關系圖中粗虛線和實線兩部分與相對位移所圍成的面積相等，得到：

通過上式得到約束系統剛度，其中D_r0為未知量，可以分為ΔD和D_L兩段：

D_r0＝D_L+ΔD (4)

式中：式中D_r0為車體停止運動時乘員的相對位移，D_L為稱極限相對位移，ΔD為D_L與D_r0之間的位移差，三個參數的單位均為m；

4)求解乘員相對運動響應和約束系統固有頻率：

(1)引入振動方程

將碰撞系統簡化為單自由度模型，單自由度模型中m的振動方程為：

其中乘員相對位移為：

x_o/v＝x_o-x_v (6)

式中：m為乘員質量，單位為kg；k為約束剛度，與梯形波k值相同；x_o為乘員位移，單位為m；x_v為車體位移，單位為m；

(2)求解極限時間t_L、極限相對速度v_L、極限相對位移D_L

根據矩形波輸入下的振動方程求解，可以得到D_L之前乘員的運動方程為

A₀為矩形波幅值，單位為g

乘員的運動響應為

其中：約束系統固有頻率ω為：

梯形約束系統剛度曲線上乘員加速度達到限值時刻t_L的相對速度v_L和相對位移D_L的計算式分別為：

由

解得

令

式中：T為設定的變量；t_L為梯形約束系統剛度曲線上乘員加速度達到限值時刻，單位s；A₀為矩形波幅值，單位m/s²；G為乘員加速度限值，單位m/s²；

(3)求解約束系統固有頻率ω

在t_L和停車時刻t_v之間，乘員將進行勻減速度運動，

通過以上公式推導關于ω的方程如下：

到此，約束系統固有頻率求解完成；

5)輸出梯形約束剛度曲線：

根據公式(11)與公式(14)輸出梯形約束系統剛度k和極限相對位移D_L，如公式(20)和(21)：

到此，梯形約束剛度曲線的參數G、D_o/v、k和D_L均已知；

顯示約束系統的梯形約束剛度。