乘員安全的案例
【往年優秀論文賞析】機載設備隨機振動疲勞壽命分析
一方面，車體在設計時需要體現耐撞性思想以保證乘客生存空間的完整性；另一方面，通過合理的車內設計，在新車設計階段就對乘員安全性做出評估則顯得更加尤為重要，因為，對于耐碰撞車輛而言，客室
結構產生大變形而導致乘員傷亡的可能性較小，而乘員與客室內部設施的二次碰撞則是導致乘員大量傷亡的主要原因。
國外機車車輛工業發達的國家，自上世紀80 年代開始，利用試驗及數值仿真的方法相繼對軌道車輛內部乘員與客室結構的二次碰撞進行了大量研究，且有相關標準的頒布，例如英國的車輛內飾結構耐撞性標準《ATOCAV/ST9001》以及美國的旅客列車設備安全規范《49 Codeof Federal Regulations（CFR）》
[5] 。國內對軌道車輛被動安全的研究則大多集中在對結構耐撞性驗證及優化等方面。近年來，隨著仿真技術的成熟，也有乘員二次碰撞研究相關文獻的出現，但大多以硬座車廂坐姿乘員為基體，從頭部、胸部傷害兩個方面對乘員二次碰撞進行研究，乘員姿態較為單一，傷害評價指標也不夠全面。其實，
相對于硬座車廂，臥鋪車廂內部設施結構更為復雜，乘員也可具有不同姿態、不同位置，而且國內對臥鋪車廂乘員二次碰撞及減少傷害相關措施的研究基本上為空白，因此，從這方面來說，對臥鋪車廂乘員的二次碰撞安全性研究更
具有現實意義。
本文正是基于國內外乘員二次碰撞研究的現狀，借鑒汽車領域內使用廣泛的安全評價標準，在臥鋪客車典型碰撞工況的基礎上，通過建立臥鋪車廂結構詳細的局部有限元模型，采用ANSYS/LS-DYNA 軟件對臥鋪車廂乘員進行多工況、多指標的碰撞安全性評價，重點討論比較了不同姿態、不同位置、不同性別乘員的受傷情況。
展開 什么是碰撞緩沖區
車身改為這種可以變形的設計后，乘員所承受的強烈的撞擊力就可以大大減小。
將車身結構分為乘員安全區和緩沖吸能區設計，乘員安全區應有足夠剛度，不允許發生大的碰撞變形，以保證乘員的生存空間，且發動機、變速箱等剛性機構不得因碰撞侵入乘坐艙。緩沖吸能區在車輛碰撞時允許有較大的變形，以便合理的吸收撞擊能量。使得作用于乘員身體上的力和加速度不超過規定的人體忍耐極限。
車質報告｜一文讀懂豐田GOA車身，到底安全不安全？
作者｜車達夫
來源｜汽車大觀
每年由專業機構，尤其是中保研發布的汽車碰撞成績，都會引起車企和媒體不小的震蕩，幾家歡喜幾家愁，說明車企和大眾對汽車安全性越來越重視。
下圖是中保研發布的2020年汽車碰撞成績。
汽車尤其是乘用車，作為現代的主要交通工具，安全性一直受到公眾的重點關注，安全性是汽車的首要評價指標。
汽車安全性的基本原則是“以人為本”，一旦車輛發生不可避免的碰撞，應該是最大限度保護人的安全，把對人的傷害減少到最低限度！
汽車安全主要包括主動安全和被動安全兩個方面。主動安全是指為預防汽車發生事故，避免人員受到傷害而采用的安全裝備，目的是預防事故發生。如：ABS、EBA、EBD，ESP、高位剎車燈等。被動安全是為避免或減輕人員在車禍中受到傷害而采取的安全裝備，它們都是在車禍發生后才起作用的。如安全帶、安全氣囊、防撞鋼梁等。
實驗證明：當車輛以40km/h的時速撞擊相對靜止的物體時，車輛受到的沖擊力相當于從4層樓扔下50kg物體的沖擊力，車內乘員將以10m/s2的加速度沖破前擋玻璃。如果乘用車的速度超過40km/h發生碰撞時，對汽車的安全起決定作用的是車身結構，而不是“車皮”。
什么是安全車身？如果整個車身只具備高剛性，缺乏柔性，無法將碰撞能量進行緩沖和分散，碰撞沖擊力將對駕乘人員造成嚴重的傷害。安全的車身需要做到“剛柔并濟”，即“該硬的地方硬，該軟的地方軟”。載人部位的乘員艙要適當的“硬”，要有較高的強度和剛度，保證乘員的生存空間。發動機艙和后尾箱部分要適當的“軟”，要能有效吸收碰撞能量，最大限度減輕乘員艙變形量。
展開 采埃孚推出新型主動控制卷收器安全帶系統
除了與現代先進駕駛輔助系統（ADAS）配合工作的類似如消除安全帶松弛量功能，還有其他可選功能，例如通過安全帶震動的提醒功能（觸覺反饋）；在避免碰撞和發生碰撞之前的可逆預緊功能。在自主駕駛應用中，主動控制卷收器還有助于在可能發生危險事故的情況下，讓車輛乘員處于更有利的乘坐位置。安全帶系統與其他安全系統（例如安全氣囊）相互配合，進一步提高對乘員安全的保護，并且控制在碰撞過程中人體所受的力值水平。
ACR8還有可能集成在自動駕駛系統中。由自主駕駛模式切換到手動駕駛模式時，主動控制卷收器在需要駕駛員接管并采取行動的情況下通過高頻震動安全帶發出警告，來提醒駕駛員接管車輛。這需將安全帶系統集成到自主駕駛車輛的用戶界面中，作為一種有效方式來獲取駕駛員注意力。
來源：蓋世汽車
展開 
使用LS-DYNA/CarMaker/Model Center聯合仿真方法進行ADAS事件前后的汽車乘員保護
本文主要探討汽車乘員安全和ADAS事件前后的汽車乘員保護，介紹ADAS（高級駕駛輔助系統）在汽車安全中的重要作用，并將詳細介紹如何運用ModelCenter Integrate軟件，針對ADAS各種應用場景，與LS-DYNA進行聯合仿真。此外，還將研究仿真過程中剛體與柔體車體轉換流程以及時間步長的匹配，以及假人的運動姿態以及傷害值；通過Python腳本或者MATLAB，以及傳感器的設置，實現自動化的聯合仿真工作流程。
背景介紹
先進駕駛輔助系統（Advanced Driver Assistance System）簡稱ADAS，是利用安裝于車上的各式各樣的傳感器，在第一時間收集車內外的環境數據，進行靜、動態物體的辨識、偵測與追蹤等技術上的處理，從而能夠讓駕駛者在最快的時間察覺可能發生的危險，以引起注意和提高安全性的主動安全技術。從乘員安全的角度看，ADAS包括未來汽車上搭載的各種主動安全和被動安全系統。為什么需要ADAS呢？原因之一是通常各類傷害和事故大多數與人為失誤有關，而有時某些車載系統的故障可能會造成人身傷害和碰撞事故。為了評估這類場景，可以使用IPG CarMaker等虛擬化工具，這是一種非常完善的虛擬化環境，能幫助用戶有效仿真各種不同類型的場景，如夜間駕駛，雨中駕駛等情況。在所有這些不同的場景中，可以在車輛內部設置一位乘員，并觀察駕駛員的響應。
那么該場景中LS-DYNA能夠發揮怎樣的作用呢？使用LS-DYNA的目的是觀察駕駛員的運動是否被這些場景所影響，例如如果在夜間行駛過程中由于光線問題車前突然出現一堵墻，當突然踩下剎車時駕駛員的反應與在光照充足的環境下完全不同。
展開 LS-DYNA整車有限元建模，整車碰撞分析 ￥200
車輛內部和約束建模整車有限元模型的開發，包括車輛內部和乘員約束系統使用 THOR 假人進行乘員安全分析。車輛 FEM 還包括駕駛員和前排乘客座椅中的人體乘員約束 (THOR) 50% 男性正面假人模型（可從弗吉尼亞大學公開獲得）的測試裝置。 使用該假人模型的仿真結果展示了左右 NHTSA 傾斜正面碰撞測試的性能。 將乘員運動學、安全帶負載和傷害標準結果與現有測試結果進行比較。附件為整車有限元模型。
整車有限元模型如下：
局部網格示意圖：
整車試驗vs仿真結果
乘員約束系統碰撞仿真
1正面碰撞前排乘員約束系統介紹
隨著車輛的使用，車內乘員安全性最先被關注。要保證乘員的安全不但要靠車身吸收碰撞能量和保持乘員艙的完整性，更重要的是還要使用約束系統來對乘員進行減速緩沖。乘員約束系統仿真就是將乘員約束系統的基本特性添加到乘員及約束系統的模型中，對模型進行加載仿真計算，最終求得假人不同位置的傷害值，然后根據假人的傷害值對車輛的安全情況進行評價。
約束系統包括座椅、安全帶，氣囊三個主要部件，它們均為安全裝置，其功能則是通過約束乘員降低乘員與內飾接觸和受傷的風險，是降低乘員傷亡風險的第二道防線。其中安全帶是最有效的乘員保護裝置，在碰撞中（包括緊急制動和翻滾）約束乘員，通過乘員身上最強的部位（肩和骨盆）接受約束力。氣囊為輔助安全裝置，填充乘員和方向盤、儀表板之間的空間，使乘員較為均勻的受力（相比安全帶而言），從而減少頭部轉動，保護頭部和頸部。
座椅安全帶自1950年代開始使用，通過不斷改進，現在三點式安全帶基本成為定型。氣囊從1970年代被發明，不斷改進，到1980-90年代在車上逐漸成為標配。基于交通事故傷亡統計和分析的方法已有結論顯示，安全帶和氣囊是有效的乘員碰撞保護裝置，能降低傷亡風險。
2 一維質量彈簧系統
從機械工程控制角度來看，任何元件或系統都可以用質量、彈簧、阻尼器三個基本要素表示，建立一維質量彈簧系統分析，如圖1所示：
圖1 機械工程控制的三個基本要素
故本次碰撞根據機械工程控制的三個基本要素建立了質量-彈簧模型，如下圖2所示。其中δ為約束間隙，K為約束剛度，F為車輛前端剛度，M0為乘員質量，MV為車輛質量。
圖2 碰撞質量-彈簧模型
3乘員約束系統的建立
乘員約束系統的建立分為簡化計算模型與完全計算模型。
展開 線束工程師：整車接地電流的測試與驗證
整車接地點設計的合理與否，直接關系到主機廠整車的生產成本、整車質量和車輛及乘員的安全。
通過整車接地電流的測試驗證可以在車輛上市前期發現并排除此類風險，提高整車的質量和車輛及乘員的安全。
1 測試內容
接地電流測試包括接地正常電流測試和接地失效電流測試。
1.1 接地正常電流測試
該項測試的目的是為了驗證車輛在接地點正常時，每個電器負載的接地線束是否能夠承受該負載正常工作時電流的沖擊，確保車輛上的各個接地點在正常情況下整車電流回路的安全。
1.2 接地失效電流測試
在接地點設計合理的情況下，其中某個接地點失效時，其對應的電氣負載會停止工作，該回路斷路。
如果接地點設計的不合理，可能會出現在該接地點失效的情況下，其對應的電氣負載仍可正常工作，該負載的消耗電流會通過其他接地點構成電流回路而造成其他接地點上接地線束通過的電流就會增加，此時增加電流的接地點的接地線束通過的電流就有可能超過其的承受范圍而使車輛有起火燒車的風險。
該測試項會發現車輛的此類風險并給出相應的整改措施，確保車輛在接地點失效的情況下整車和車上乘員的安全。
2 測試方法
2.1 接地正常電流測試
在進行測試前，需根據整車接地系統分布圖整理接地分布表，該表中包括接地點名稱，每個接地點下對應的電氣負載及每個電器負載接地線的線徑，如下表1 所示：
在所有接地點上安裝電流傳感器并按順序接入電性能測試設備。
測試環境搭建完畢后進行測試，按順序開啟車輛的所有負載并開始記錄測試數據。
2.2 接地失效電流測試
斷開其中的某個接地點，在開啟車輛所有負載過程中觀察其他接地點的電流變化。
展開 產品設計之——安全氣囊系統設計指南
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安全氣囊主要用來防止乘員在碰撞事故中的二次碰撞的裝置，屬于汽車的被動安全系統。主要工作原理：當發生碰撞事故時，傳感器接收汽車碰撞信號，并將接收到的信號傳送到控制器，控制器接收傳感器的信號并進行處理。當判斷須打開氣囊時，發出點火信號以觸發氣體發生器，氣體發生器接收到點火信號后，迅速點火并產生大量氣體填充氣囊，使乘員通過氣囊的吸能緩沖降低碰撞
時的傷害。通常情況下，如果將氣囊沖破模塊面蓋的時刻定為0ms，則10ms 時氣囊沖出，20ms 時氣囊已基本展開，30ms 后氣囊完全充滿氣體。
1.安全氣囊系統構成與命名
安全氣囊一般由傳感器、控制器、氣體發生器、氣袋、時鐘彈簧等組成，通常氣體發生器和氣袋等做在一起構成氣囊模塊。
2.安全氣囊系統分類
根據布置位置不同，安全氣囊主要分為：駕駛員安全氣囊、乘員安全氣囊、左右側氣囊和側氣簾。駕駛員安全氣囊：英文名稱Driver Airbag（DAB），在發生嚴重正面碰撞時，直接保護駕駛員的上軀干，可在一定程度上阻止駕駛員向前運動。一般安裝在方向盤里面，通常DAB 的飾蓋作為方向盤的喇叭蓋。
展開 Workbench LS-DYNA墜落向導新能源電池包墜落過程操作文檔-附講解視頻及模型文件 ￥88
1、概述
LS-DYNA是一款業界領先的顯式有限元分析軟件，廣泛應用于墜落測試、沖擊與穿透、碰撞、乘員安全等領域。其墜落測試模塊通過簡化操作流程，使用戶能夠輕松設置和運行墜落測試仿真。本文將結合實際案例，詳細介紹電池包墜落測試的仿真步驟，并提供一些注意事項，以幫助讀者更好地理解和應用該模塊。
2、操作流程
啟動Ansys Workbench，選擇LS-DYNA模塊,鼠標左鍵按住將此模塊拖拽到右邊空白操作區。如下圖所示。
上圖中項目A為我們已計算完成的案例，B為我們新建的項目，因本文檔主要演示墜落測試向導功能操作，且在實際應用中，模型各不相同，所以本文應用已有模型和材料設置進行演示，因此將項目A的材料左鍵按住拖至項目B的材料欄，將項目A的模型左鍵按住拖至項目B的模型欄，共享材料和模型設置。
雙擊項目B的model欄，打開軟件界面進行仿真參數設置，
打開模型后會自動導入已關聯的模型和材料設置，界面如下，
選中幾何模塊中有問號的殼體，有問號說明模型定義不完全，本項目中，為合理利用計算資源，設置模型為殼體，我們需為他賦予厚度和材料定義。厚度設置為3mm,材料定義為鋁合金NL。
接下來應用墜落測試向導功能，點擊LS-DYNA，在環境任務欄中會有“墜落測試向導”按鈕，點擊進入向導設置。
進入向導后，右側彈出向導設置模塊和幫助說明，在這可設置模型相對于參照物初始位置和墜落高度，讀者可根據自己實際需求進行設置，本文設置如下，目標旋轉30°，模型繞y軸旋轉30°，墜落高度為1m，然后點擊下一個，就進入到了向導的第二個界面。
展開 MSC重磅出擊,推出真正的多學科仿真引擎MD Nastran
MD Nastran提供了一系列的針對特定工業領域的仿真功能，象噪聲、振動、汽車領域的NVH、碰撞和乘員安全性、跌落分析和從熱傳導到三維熱輻射的熱控問題。
NVH研究顯然得益于MD Nastran。ADAMS分析汽車在顛簸的路面上，不平整的路面如何引起噪聲和車輛的振動。 MD Nastran能夠把ADAMS的模型以數學表述的形式和Nastran的NVH模型完全集成到一起，工程師使用一個模型仿真車內的噪聲，同時集成到真實的顛簸路況的NVH研究中。NVH仿真生成的載荷又作為后續的碰撞分析。
在另外一個MD Nastran多學科耦合的例子中，汽車工程師在運行ADAMS分析懸架系統的同時，可以把懸架的數據作為有限元分析模型的一部分，通過Nastran評估A臂的壽命。
結論
生產商需要對開發的部件和裝配體進行多學科的細致分析以繼續滿足客戶的高需求。MD Nastran廣泛的多學科仿真功能允許制造行業的用戶可以準確分析一系列的多學科耦合問題，對產品的性能有一個準確的預測。另外，MD Nastran利用64位處理器通過多學科耦合功能，分析數百萬個自由度的部件和裝配體模型，既準確又快速。MD Nastran的強大功能使得用戶距離將來的虛擬產品開發環境更進一步
展開 
雜論
最近美國高速公路安全保險協會（IIHS）引入一個全新而具有挑戰性的側面碰撞測試規程，以評估SUV對小個女性乘員的在側面碰撞中的傷害。在世界上其它大多數地區，側面碰撞評估測試程序都與歐洲ECE R95法規和歐洲新車評估程序（Euro-NCAP）相同或相似。
在側面碰撞載荷情況下，乘員損傷是由于乘員近距離與侵入的車輛結構直接發生接觸而導致，給車輛安全設計提出了獨特的挑戰。在乘員安全設計優化的過程中，虛擬試驗是一種頗具價值且節省開支的設計工具。
在側面碰撞的安全設計和優化中，根據不同的設計階段可以采用不同的模型和建模方法。設計階段可分為：概念設計 (Concept Design)；子結構(sub-structure) 或部件細化設計、評估與優化；整車模型的安全設計驗證 (FVA – Full Vehicle Analysis)。MADYMO針對每一個設計階段都提供了不同的側面碰撞建模方法。
1. 概念模型 － 確定優選設計方案
結合多體側撞假人模型，MADYMO多體求解器非常適合于概念設計建模開發階段。這種建模方法可以快速建模，并且CPU計算時間短，計算結果具備很高的預測性，可以在概念設計階段進行大量設計方案的對比，確保設計方案的合理性和有效性。
2. 子結構/部件細化模型 － 設計優化
子結構分析的優勢在于可以避免整車結構分析的復雜性，而集中在關鍵部件的優化設計。 通常而言，子結構的baseline模型是從原始整車baseline模型 (FVA)中導出，因此其載荷條件也直接由原始FVA模型的模擬結果確定。子結構模型兼備建模細節和計算效率的優勢，因此特別適合于對乘員約束系統的分析和優化。圖3.2說明如何從原始FVA模型建立子結構模型。
3. 完整系統建模 － 設計驗證
在安全設計優化結束后，就可以應用更新的FVA模型對新設計方案進行驗證了。
展開 淺析動力電池熱失控機理和仿真分析
三、熱失控防范
乘員安全最終是目的和出發點，也是最高標準前端某一環節的絕對安全，才能確保最終的乘員安全。熱失控防范具體要從一下幾個方面具體展開：電芯/電化學、模組成組、溫度的控制、電壓的控制、材料選擇、系統熱管理、機械電氣。確保每個環節做到安全，才能保證系統的安全。
1、過溫保護
針對高溫熱源引起的鋰離子電池溫度過高，應盡量減少或避免車輛在高溫條件下長期行駛和放置鋰離子電池自身溫度過高，由于過充電時電池內部產熱增多，造成其溫度過高，應設置過溫預警和保護裝置，根據不同類型電池的性能和耐溫特性，設置不同溫度閾值，裝置根據監測溫度執行不同的報警提示或保護動作。
2、改善散熱條件
根據實際情況選用風冷、液冷和相變材料冷卻等冷卻方案使電池在穩定的溫度區間工作
此外，通過確定上述各散熱方案能進行有效冷卻的溫度范圍，根據情況設定不同的溫度閾值，對鋰離子電池溫度進行實時監測，當監測到溫度達到某一閾值時啟用相應的散熱措施，達到散熱良好和節約成本的雙重目的。
3、優化電池組結構設計
電池模組的設計對電池散熱和溫度也有一定的影響。可在電池單體及模組表面加貼高導熱片以及改善單體之間的排列和間隙設置，使電池能夠良好地散熱，也可通過改善電池箱體用材料，如新材料：導熱石墨、鋁—鋰合金等，進一步提升電池箱體的散熱性能，使其散熱良好，防止熱失控現象的發生。
4、提高材料穩定性
電池高溫條件下的溫度變化情況知，組成鋰離子電池材料的熱穩定性是影響鋰離子電池熱安全性的主要原因之一。提高材料穩定性和減少各副反應的產熱量可以提高鋰離子電池的熱安全性。
展開 文檔 I 將安全系統和未來的汽車設計相結合
隨著自動駕駛車輛 (AV) 和車輛電氣化的發展，汽車行業正在經歷一場更加安全、更加環保的轉型。
將安全系統集成到車輛中的重要性正在日漸提高，這也使穩健、快速和準確的數值仿真在其開發過程中變得至關重要。
本白皮書討論了汽車行業正在發生的轉變，以及集成式安全系統設計目前有哪些或者未來會出現哪些相關考慮因素。
應對汽車安全系統設計挑戰
集成式安全解決方案或許沒有一個普適性答案。當務之急是優化設計，使其適合不同身高、不同族群和不同性別的人，以確保全球范圍的所有類別的乘員的安全，而不僅僅是部分乘員的安全。實現最佳設計還需要大量時間。物理碰撞測試雖然可以提供洞察，但卻是一個枯燥乏味的過程，而且測試所有可能的安全悠關場景并不是最具成本效益的途徑；此時就需要一個數值仿真框架。
在汽車安全系統中實施 Simcenter? Madymo? 軟件
Simcenter? Madymo? 是一款用于車輛乘員和弱勢道路使用者安全仿真的軟件解決方案。多體動力學的概念與多物理場求解器相結合可以方便安全仿真建模。該軟件配備多種人體和假人多體模型，可用于分析各種各樣的安全悠關場景。得益于人體和假人模型的生物力學反應研究，工程師能夠開發經過驗證的多體仿真模型。通過使用這些經過驗證的模型，工程師可以借助多體動力學相較于有限元分析 (FEA) 的計算速度優勢，設計高效的安全系統。
展開 安全氣囊知識分享
2、副駕駛安全氣囊(Passenger Airbag - PAB)：
? 前排乘員安全氣囊總成采用煙火式氣體發生器，前排乘員安全氣囊總成將根據車身 結構要求進行開發和匹配。氣袋容積一般控制在70L到120L之間，氣袋泄氣孔大小、 氣袋是否有涂覆層、氣袋是否有拉帶將視設計結果而定；
? 非隱藏式PAB：蓋板作為PAB總成的一部分，具有PAB爆破撕裂線，其尺寸、形狀、皮紋、顏色應與儀表板匹配，但儀表板強度應能夠適合PAB的爆破強度。PAB蓋板一 般采用一次注塑成型；
? 隱藏式PAB：即去除PAB蓋板以外其他的部件。儀表板帶有撕裂線，儀表板強度應 能夠適合PAB的爆破強度，并且在氣囊點爆過程中，儀表板不允許有能夠傷害乘員的 物體飛濺。
評價標準： a）氣囊蓋板不允許阻礙氣囊的展開，不允許氣囊罩蓋擊碎前風擋玻璃； b）氣囊打開區域無突起的斷裂棱角；c）乘員區域內的飛行物顆粒:最多5個顆粒，總計重量≤1.5 g，單個顆粒重量≤1.0g，同時飛向危險區域（臉部）的碎屑總重量≤1.0g； d）氣囊爆破過程中手套箱不允許打開，試驗后手套箱至少能夠打開一次； e）不允許出風口、格柵、飾條、標牌等小零件飛出,卡扣無松動,零件不允許在乘員區域加速。高溫、常溫、低溫各點爆2個件，連續點爆6次，連續點爆合格，可判定試驗合格。否則重新進行試驗，直至同 一批次樣件，一次性點爆合格為止。
3、座椅側氣囊(Side Airbag - SAB)：
SAB布置于座椅內（內置式），SAB的設計和安裝應盡量考慮減少對座椅的更改，充氣容量根據試驗結果確定，一般為18L-22L。
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