基于独立碰撞工况的儿童约束系统参数优化

摘 要：为实现获得专利的集成式儿童安全座椅在碰撞事故中对乘员的最佳保护，以6岁儿童乘员为研究对象，采用经验证的约束系统模型，在正碰、侧碰和追尾等3种汽车碰撞工况下，分别结合拉丁超立方、正交、均匀试验设计方案和多项式响应面模型的方法，对座椅高度和座垫深度等设计参数进行碰撞仿真分析和优化设计仿真试验结果表明，优化后约束系统儿童乘员损伤值在3种独立的碰撞工况下均有显著下降.

关键词：儿童约束系统；碰撞工况；优化；仿真

中图分类号： U463.836文献标识码：AOptimization of Child Restraint System Parameters

Based on Independent Crash Cases

在交通事故中，儿童虽然不是事故的主体，但是作为弱势群体，在事故中受到的伤害却是致命的.每年全球汽车碰撞事故造成超过260 000名儿童死亡，大约1 000万儿童受伤或残疾，在美国和加拿大，汽车碰撞事故是14岁以下儿童死亡和重伤的主要原因[1].在我国，据交通管理部门统计，2007年因道路交通事故死亡的人数为81 649人，12岁以下的儿童死亡人数为3 813人，其中车内儿童乘员的死亡人数为625人，占儿童交通事故死亡人数的16.4%[2].因此，如何提高儿童乘车安全问题日益受到国内外学者的关注.

欧美日等国家已制订法规和标准强制要求车辆配置专门的儿童约束系统.我国在儿童乘员保护方面的研究还处于起步阶段，还没有正式的技术标准、法规.汽车的标准约束装置，如安全座椅、安全带、安全气囊等，都是为成人乘员设计的，对儿童乘员达不到预期的保护效果.同时，汽车碰撞环境复杂，约束系统参数众多，且各参数之间存在强烈的交互影响[3]，因此，单一碰撞工况下匹配有效的儿童约束系统，并不能保证在其他工况下对乘员有同样的保护效果，有时甚至对儿童乘员造成致命伤害.

目前，清华大学、吉林大学、湖南大学等高等院校及研究机构在儿童约束系统建模与优化设计方面开展了卓有成效的工作，取得了一些研究成果，然而，在针对不同尺寸儿童乘员的自适应优化匹配方面，国内外还没有进行深入、系统、全面的研究.

湖南大学学报（自然科学版）2012年第11期白中浩等：基于独立碰撞工况的儿童约束系统参数优化1 集成式儿童约束系统模型

相关研究表明，儿童乘坐在后排座椅中间位置是最安全的[4].基于这一安全设计理念，近年来湖南大学曹立波教授带领的科研团队设计了一种置于汽车后排座椅中间的新型集成式儿童安全座椅（如图1所示），并获得了国家专利.与传统座椅相比，该座椅适用于3～10岁儿童乘员，可根据儿童具体尺寸在一定范围内实现无级调整座椅高度（座垫升高高度）和座垫深度（座垫X向长度），达到约束装置与儿童乘员的正确匹配，从而更好地实现保护.

本项目组建立了该新型儿童约束系统的多刚体仿真模型[5]，并经运动学和动力学响应对比验证了其可靠性.基于此模型，对6岁儿童乘员进行了正碰、侧碰以及追尾碰撞等3种独立工况下的参数优化.图2为该系统的多刚体仿真模型，主要由后排两侧成人座椅模块、中间集成式儿童座椅模块、6岁儿童假人模块和三点式成人安全带模块组成.