一种汽车碰撞假人头部损伤预测方法与流程

本发明一般涉及车辆安全测试，具体涉及一种汽车碰撞假人头部损伤预测方法。

背景技术：

1、随着目前国内汽车保有量的增加，汽车安全性越来越受到消费者的重视，目前在汽车开发过程中检测其安全性能的方法主要是通过汽车碰撞试验，考虑汽车碰撞试验具有较大的危险性，汽车碰撞假人成为了汽车碰撞试验的基础工具，代替真人进行试验，从而实现对真人在真实碰撞过程中的情况进行模拟，对汽车安全的发展有着至关重要的作用。

2、对头部损伤的预测有助于对车辆的安全性能改进进行指导，目前研究头部损伤的方法包括尸体实验或者志愿者试验，对于尸体实验来说尸体样本的获取和试验开展较为困难，对于志愿者实验来说，具有较大局限性，因为人体的耐受限度有限，无法做中高速度下的试验。基于以上两种方法的局限性，目前逐渐采用有限元法仿真来研究头部损伤，有限元模型虽然可以较为细致地评估头部碰撞所受损伤，但是需要获取尽可能多的测试参数以提高计算准确率，由于测试参数的数量较多且获取方式不便，使得存在对头部损伤预测效率低的问题。

技术实现思路

1、鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种汽车碰撞假人头部损伤预测方法以解决上述问题。

2、本发明提供一种汽车碰撞假人头部损伤预测方法，包括如下步骤：

3、将假人头部与刚性平板碰撞，假人头部为空心球状壳体；

4、获取碰撞过程中的第一数据集，所述第一数据集至少包括：假人头部的质量、半径、壳体厚度、碰撞前速度，以及刚性平板的质量、碰撞前速度；所述碰撞前速度为二者刚接触时的速度；

5、根据所述第一数据集计算所述碰撞过程中假人头部与刚性平板的最大接触力；

6、将所述碰撞过程持续时间划分为若干个时间区间；

7、根据所述最大接触力计算每个所述时间区间内假人头部的损伤数值，并选出最大的损伤数值作为损伤值，所述损伤值用于表征所述碰撞过程中假人头部的受损程度。

8、根据本发明提供的技术方案，所述根据所述最大接触力计算每个所述时间区间内假人头部的损伤数值，并选取最大的损伤数值作为损伤值之后，还包括如下步骤：

9、调用损伤等级数据库，根据所述损伤值判断假人头部的损伤等级；所述损伤等级数据库包括若干个损伤等级范围，以及每个所述损伤等级范围对应的损伤等级。

10、根据本发明提供的技术方案，所述根据所述第一数据集计算所述碰撞过程中假人头部与刚性平板的最大接触力，包括如下步骤：

11、根据动能定理和所述第一数据集，计算假人头部的碰撞后速度以及所述刚性平板的碰撞后速度；所述碰撞后速度为二者碰撞结束时刻的速度；

12、根据所述第一数据集、假人头部的碰撞后速度和刚性平板的碰撞后速度，结合能量守恒定律计算碰撞过程中假人头部与刚性平板的最大接触力。

13、根据本发明提供的技术方案，假人头部的碰撞后速度按照如下公式计算：

14、公式（2）

15、其中，表示假人头部的碰撞前速度，表示假人头部的碰撞后速度，表示假人头部的质量，表示与时间相关的冲击力，冲击力的变化满足正弦曲线中先增后减的变化趋势；

16、刚性平板的碰撞后速度按照如下公式计算：

17、公式（6）

18、其中，表示刚性平板的碰撞前速度，表示刚性平板的碰撞后速度。

19、根据本发明提供的技术方案，假人头部与刚性平板在碰撞过程开始前和结束后的总能量满足：碰撞开始前的总动能，等于碰撞结束后的总动能、赫兹接触损失的能量、壳体变形损失的能量和碰撞速度损失的能量之和。

20、根据本发明提供的技术方案，所述根据所述第一数据集、假人头部的碰撞后速度和刚性平板的碰撞后速度，结合能量守恒定律计算碰撞过程中假人头部与刚性平板的最大接触力时，将赫兹接触受到的最大的力，与壳体变形受到的最大的力均等效为碰撞过程受到的最大的接触力。

21、根据本发明提供的技术方案，所述损伤值由如下公式表示：

22、公式（24）

23、其中，表示损伤值，表示所述时间区间，和分别表示时间区间的两个端点时刻，表示时间间隔到被选择为使括号中的表达式最大化，表示假人头部的质量，表示碰撞过程持续的时间。

24、根据本发明提供的技术方案，所述赫兹接触损失的能量根据如下公式计算：

25、公式（11）

26、其中，表示赫兹接触损失的能量，表示碰撞过程中赫兹接触中假人头部和刚性平板的形变量之和，表示赫兹接触刚度。

27、根据本发明提供的技术方案，所述壳体变形损失的能量根据如下公式计算：

28、公式（14）

29、其中，表示壳体变形损失的能量，表示假人头部弯曲变形的形变量，表示假人头部的壳体变形的接触刚度。

30、根据本发明提供的技术方案，所述碰撞速度损失的能量根据如下公式计算：

31、公式（16）

32、其中，表示碰撞速度损失的能量，表示恢复系数，表示刚性平板的质量。

33、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明通过获取所述第一数据集，根据所述第一数据集，可计算出碰撞过程中假人头部和刚性平板的最大接触力；通过将所述碰撞过程持续的时间划分为若干个时间区间，根据最大接触力计算出每个时间区间内假人头部的损伤数值，保证损伤数值计算的准确性，并通过比较以最大的损伤数值作为指导汽车安全功能改进的损伤值；通过给与假人头部和刚性平板不同的碰撞速度，可以实现在不同工况下进行头部损伤的预测。本发明提供的方法无需获取数量较多且难以获取的测试参数，节省了测试时间；通过对一些常规且易获取的测试参数进行获取并计算，可以准确计算出假人头部与刚性平板碰撞过程的最大接触力，以所述最大接触力即可准确且快速的计算出假人头部的损伤值，提高了假人头部损伤值的预测效率。

技术特征：

1.一种汽车碰撞假人头部损伤预测方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的汽车碰撞假人头部损伤预测方法，其特征在于，所述根据所述最大接触力计算每个所述时间区间内假人头部的损伤数值，并选取最大的损伤数值作为损伤值之后，还包括如下步骤：

3.根据权利要求1所述的汽车碰撞假人头部损伤预测方法，其特征在于，所述根据所述第一数据集计算所述碰撞过程中假人头部与刚性平板的最大接触力，包括如下步骤：

4.根据权利要求3所述的汽车碰撞假人头部损伤预测方法，其特征在于，假人头部的碰撞后速度按照如下公式计算：

5.根据权利要求4所述的汽车碰撞假人头部损伤预测方法，其特征在于，假人头部与刚性平板在碰撞过程开始前和结束后的总能量满足：碰撞开始前的总动能，等于碰撞结束后的总动能、赫兹接触损失的能量、壳体变形损失的能量和碰撞速度损失的能量之和。

6.根据权利要求5所述的汽车碰撞假人头部损伤预测方法，其特征在于，所述根据所述第一数据集、假人头部的碰撞后速度和刚性平板的碰撞后速度，结合能量守恒定律计算碰撞过程中假人头部与刚性平板的最大接触力时，将赫兹接触受到的最大的力，与壳体变形受到的最大的力均等效为碰撞过程受到的最大的接触力。

7.根据权利要求6所述的汽车碰撞假人头部损伤预测方法，其特征在于，所述损伤值由如下公式表示：

8.根据权利要求5所述的汽车碰撞假人头部损伤预测方法，其特征在于，所述赫兹接触损失的能量根据如下公式计算：

9.根据权利要求5所述的汽车碰撞假人头部损伤预测方法，其特征在于，所述壳体变形损失的能量根据如下公式计算：

10.根据权利要求5所述的汽车碰撞假人头部损伤预测方法，其特征在于，所述碰撞速度损失的能量根据如下公式计算：

技术总结
本发明提供一种汽车碰撞假人头部损伤预测方法，涉及车辆安全测试技术领域，包括如下步骤：将假人头部与刚性平板碰撞，假人头部为空心球状壳体；获取碰撞过程中的第一数据集，第一数据集至少包括：假人头部的质量、半径、壳体厚度、碰撞前速度，以及刚性平板的质量、碰撞前速度；根据第一数据集计算碰撞过程中假人头部与刚性平板的最大接触力；将碰撞过程持续时间划分为若干个时间区间；根据最大接触力计算每个时间区间内假人头部的损伤数值，并选取最大的损伤数值作为损伤值。本发明提供的方法可以实现在不同场景工况下进行头部损伤的预测，且具有测试流程简单、预测精度高、节省测试成本的优点。

技术研发人员：刘志新,刘伟东,武永强,李维肖,郝天一,王凯,刘鹏,齐洪阳
受保护的技术使用者：中国汽车技术研究中心有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15