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MADYMO软件在汽车儿童安全座椅方面的应用
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摘要
分析了汽车儿童安全座椅面临的挑战及儿童安全座椅的保护原理，阐述了MADYMO软件的特点及其在儿童安全座椅方面的应用。最后, 展望了MADYMO软件在汽车儿童安全座椅方面应用的前景。
关键词 MADYMO软件；儿童安全座椅；应用； Application of MADYMO software in the automobile
child safety seats
Abstract：
Analysis of the automobile child safety seats and the facing challenges，also of the child safety seat protection principle, An exposition was made upon MADYMO software features and its applications in the child safety seat.In the end, the developing prospects of the MADYMO software in the child safety seat was discued.Keywords: MADYMO software;child safety seats;Application 1 引言
儿童安全座椅是一种系于汽车座位上，供小童乘坐，有束缚设备，并能在发生车祸时，束缚着小童以保障小童安全的座椅。儿童安全座椅在欧美发达国家已经得到了普遍使用，这些国家基本上都制定了相当严格的法规对其生产和使用进行指导和规范。随着汽车保有量的迅猛增加，尽管人们采取了种种先进的技术和措施，但目前交通事故造成的儿童伤亡还是要远远高于其它任何原因对儿童造成的意外伤害。因此，正确地选购和使用儿童安全座椅被认为是最能有效防止交通事故造成儿童意外伤害的方法之一。
MADYMO是一个完美融合多体(MB)动力学计算功能和显式动态有限元(FE)计算功能的软件。在产品概念设计阶段，可以采用MADYMO中的MB方式进行快速有效的建模；在产品结构设计阶段，则可以采用FE方式进行细致的建模。MADYMO中还提供了对安全带和安全气囊的模拟。其工具软件中可以进行气囊的折叠，以及气囊充气罐的的试验分析。在MADYMO较新版本的气囊模块中，提供了Gasflow计算模式，使得气囊展开模 1
拟过程更加接近实际，在乘员离位状态的展开模拟中具有重要意义
MADYMO致力于工程应用分析，是一个世界范围内的乘员安全分析标准。使用MADYMO，可以对乘员安全系统进行快速有效的设计和优化，并可以节约大量的资金。目前，MADYMO已被广泛应用于工业工程领域、设计部门、研究所和高校，其可靠性已经得到大量试验的证实。汽车儿童安全座椅面临的挑战
由于儿童安全座椅在国内的普及率非常低，此前又一直缺乏产品质量的国家标准，加之未引起有关各方的足够重视，国内行业内有规模、有研发技术实力的儿童安全座椅生产企业面对中国巨大的汽车儿童座椅产业市场却很难发展。与此同时，国内一些小的加工厂乘机而入，生产的劣质产品大量充斥市场。由于中国缺失像欧美发达国家一样的行业标准、法律和法规，这造成目前中国的汽车儿童座椅行业处于无序的管理状态。
中国儿童座椅的标准将参照欧洲的ECE-R44标准来制定，主要内容有三个方面：一是儿童座椅在整车上的连接方法；二是对儿童座椅结构提出了相应的要求；三是儿童座椅的性能和试验方法。MADYMO软件在分析汽车儿童座椅方面具有独特的优势。3 儿童安全座椅的保护原理
由于儿童与成人相比，身体尚未发育完全，而现在的汽车座椅都是针对成人设计的。汽车行驶中强烈的冲击力都易对儿童的头部组织造成伤害。儿童安全座椅能够有效的保护儿童乘员，它配置的安全带能在不同方向的碰撞及多层碰撞中有效的保护儿童。碰撞过程中，安全带对儿童身体的覆盖比例大，能有效的分散冲击载荷，以降低伤害。为减小人体在碰撞过程中的受伤几率，碰撞力应尽可能分散到人体最坚硬的部位。对于儿童乘员，如果是面向前乘坐，应把约束部位设置在面积较大的胸部、腹部上，这样能较好的保护儿童，所以儿童安全座椅的安全带大多是五点式多织带、带护板或衬垫结构。在碰撞过程中儿童乘员各部位受到的伤害程度是不同的，其中头部受到的伤害最严重，其次是颈部、腹部和四肢，相对来说胸部较安全[1]。MADYMO软件儿童安全座椅应用综述
随着多体动力学理论研究的深入，国内外学者相继开发出一系列多体系统动力学软件，如荷兰TNO(The Netherlands Organization for Applied Science Research即荷兰国家应用科学研究院)开发的MADYMO软件等。在该软件中提供了座椅、转向盘、安全气囊、安全带及碰撞假人的多刚体模型，其参数可以更改，以建立符合实际的模型[2]。
MADYMO是模拟物理系统动力学响应的计算程序，重点应用在车辆碰撞和乘员损伤分 2
析。最初是研究汽车碰撞过程中乘员的响应，评价各种约束系统设计参数的影响，后来也可以用来分析各种交通事故，如飞机、摩托车、火车事故的情况。MADYMO是一个完美融合多体
(MB)动力学计算功能和显式动态有限元
(FE)计算功能的软件。在产品概念设计阶段，可以采用MADYMO中的MB方式进行快速有效的建模；在产品结构设计阶段，则可以采用FE方式进行细致的建模。MADYMO模型可以只包含多体系统，也可以只包含有限元系统，或者两者都有。多刚体模型主要用于模拟刚体系统的运动，如碰撞假人、机械系统、汽车悬架等，有限元模型模拟变形结构，如安全气囊、安全带、汽车车身部件等。这些系统位于一个参考空间内，用平面或椭球来表示刚体，并用铰链连接这些刚体来进行模拟，MADYMO依据多刚体理论产生多刚体系统的运动方程，并由拉格朗日方法导出。有限元模型是基于位移并对材料采用拉格朗日描述，包括壳单元、实体单元等，允许其发生大变形、大转动[3]。
高伟等人利用MADYMO 软件建立了3岁儿童乘员正面碰撞仿真模型 并对该模型的有效性进行了验证.在此基础上分析了儿童安全座椅与汽车座椅的摩擦系数、汽车座椅安全带刚度、安全带安装位置对儿童乘员损伤的影响，并提出了降低儿童乘员损伤的措施。另外他运用多刚体动力学和有限元耦合的方法建立了儿童约束系统(CRS)仿真模型, 对整个仿真模型的有效性进行了验证;应用MADYMO软件模拟了侧碰撞中在不同的碰撞速度下车门侵入量、儿童乘员的乘坐位置对3岁儿童乘员损伤的影响。仿真结果表明:在侧碰撞中与碰撞速度有一定比例关系的车门侵入量对儿童乘员头部及胸部的损伤影响非常大,后排座椅靠近碰撞侧位置比非碰撞侧儿童乘员受损伤的风险要高[4,5]。
王宏雁等人基于平均加速度理论采，用PC-Crash 与MADYMO软件建立了典型儿童乘员交通事故的模型，通过车辆碰撞运动响应速度计算，碰撞持续时间计算，儿童乘员运动响应计算，碰撞接触持续时间影响分析获得儿童假人的动态响应和伤害程度结合尸检报告，定性分析了儿童乘员的致伤机理[6]。
文献 [7] 基于MADYMO软件建立碰撞仿真模型，分析了儿童增高座椅对 6 岁儿童乘员的安全保护作用，得出儿童增高座椅不同的设计参数对儿童乘员的动力学响应及损伤风险的关系。清华大学的罗萌等[8]利用MADYMO软件建立了包含假人、儿童安全座椅、试验台车的计算机仿真模型，模拟ECE R44 法规规定的正面碰撞台车试验环境，并且对模型的有效性进行了验证。在此基础上，对儿童座椅及台车试验系统设计参数对儿童乘员响应的影响进行了分析。李发宗等人应用MADYMO软件建立儿童行人模型, 通过对两个典型儿童行人交通事故模型再现儿童行人的运动及碰撞情况。通过对真实事故和事故模拟再现所得的结果分析来看, 儿童行人模型的碰撞响应与真实事故中结果基本一致, 说明本文所建立的儿童 3
行人模型可以预测儿童行人碰撞事故中儿童的动态特征[9]。朱赟等人针对跨组别的儿童约束系统的动态性能方面没有单一组别产品理想，基于MADYMO 软件为其建立仿真模型，并结合某款跨组别前向式儿童约束系统的正面碰撞台车试验来验证，分析了对儿童约束系统在不同组别模式下正面碰撞的动态性能，分析关键影响因素，再经过参数优化使其性能达到理想的效果，为儿童约束系统的优化设计提供一定的依据。在优化设计方面，MADYMO 软件发挥了其独特的优势[10]。文献[11]提出了一种新型集成式汽车儿童安全座椅。增高座垫的高度可根据儿童身高无级调节。利用MADYMO软件建立了该装置调整到不同高度的仿真模型,基于 MADYMO软件分析了3岁、6岁和10岁儿童假人正面碰撞时的响应, 通过对6岁假人的碰撞仿真, 找出关键设计参数。通过MADYMO软件仿真验证了所设计的集成式座椅能够在正面碰撞中对3岁到10岁的儿童提供有效的保护。5 结束语
随着人们对汽车儿童乘员的安全性的要求越来越高，汽车儿童安全座椅设计、研究和开发已越来越引起汽车界的重视。我国汽车工业产业政策已将座椅列为 种优先发展的关键零部件之一。本文综述了MADYMO软件在汽车儿童安全座椅方面的应用，主要包括仿真模型的建立，碰撞分析，关键影响参数的优化等方面，综上所述，MADYMO软件今后在汽车儿童安全座椅会发挥其更大的优势，得到越来越广泛的应用。
参考文献
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汽车座椅系统安全性综述
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汽车正面碰撞中儿童乘员约束系统的仿真研究
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[5]高伟, 邓召文, 杨济匡 儿童约束系统模型建立及其损伤的初步研究合肥工业大学学报(自然科学版)第32卷第9期 2009年9月
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汽车对儿童行人碰撞事故再现的研究 拖拉机与农用运输车第35卷第4期 2008年8月
[10] 朱 赟 朱西产 跨组别前向式儿童约束系统动态性能仿真研究 汽车科技第 3期 2009年5 月
[11] 任锡娟, 曹立波, 欧阳志高
集成式汽车儿童安全座椅的设计与仿真 汽车工程
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出自
http://www.daodoc.com 5
