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南 京 理 工 大 學 紫 金 學 院 畢業(yè)設計(論文)外文資料翻譯修改后打印 系： 機械工程系 專 業(yè)： 機械工程及自動化 姓 名： 方勇 學 號： 060104243 (用外文寫) 外文出處：Advances in Engineering Software 39 (2008) 459–465 附 件： 1.外文資料翻譯譯文；2.外文原文。 指導教師評語： 外文翻譯遵循了原文，用詞準確，語句也比較通順，整體質(zhì)量良好，但存在個別語句較生硬的不足。 簽名： 年 月 日 注：請將該封面與附件裝訂成冊。 附件1：外文資料翻譯譯文 基于車身三維變形分析的汽車碰撞事故的重構(gòu) 1.引言 車禍帶給人引人注目的悲劇，已經(jīng)成為嚴重的社會問題，危及人民和他們的財產(chǎn)，特別是像中國這樣飛速發(fā)展的發(fā)展中國家。這些年由于民事訴訟案件的增加，車輛碰撞分析和事故重建已變得日益流行。車輛撞車事故重建的最關(guān)鍵因素是恢復車輛碰撞前的速度。 汽車碰撞事故的整個過程可分為3個階段： （1）碰撞前的影響——汽車出發(fā)點的重建的依據(jù)是從事故現(xiàn)場獲得。 （2）碰撞時的影響——汽車的速度、方向、位置等等因素的影響起決定性作用。 （3）碰撞后的影響——速度和軌跡（通常未知）起關(guān)鍵作用。事故分析的主要線索是通過車輛碰撞后的狀態(tài)來推測碰撞前的位置。然后通過收集、記錄、調(diào)查與分析事故現(xiàn)場。 有很多方法來評估車輛的速度，評估速度通常用以下的一種或更多的方面入手： （1）動力/能量分析 （2）傷害/能量分析 （3）離心力分析 （4）起動，翻倒或飛躍的分析 （5）幾何和時序分析 （6）事件數(shù)據(jù)記錄儀 常用的事故再現(xiàn)方法在實際應用方面存在著一定的局限性，另一方面，動量/能量這個分析方法需要清晰地剎車痕跡或事故中其他車輛的位置，但是現(xiàn)在由于ABS系統(tǒng)剎車痕跡很弱或根本不存在了。變形/能量分析方法重建事故主要從車體的變形角度考慮。另一個方法只能應用在特殊的交通事故中。 由于交通事故種類多樣，復雜，瞬時性，對事故手動定量分析的精度相當?shù)牡?。對于交通事故，找出碰撞前的速度和軌跡是主要目標。在車輛碰撞事故中車輛的彈性變形和其他碰撞物體是重要的信息，然而，考慮到變形這個因素，用計算機仿真模型重建交通事故很少。由于仿真技術(shù)的發(fā)展，變形可以通過有限元法被充分利用，這樣對重建交通事故起到重要的作用。清晰地有限元法不僅能得到高速下的材料應變率，而且使用很小的積分時間元同樣可以弄清塑料的彈性特征。因此，在研究重建汽車事故中使用有限元分析法可以取得一個很高的計算精度。此外，對結(jié)果的有效描述，通過使用有限元法后期加工軟件和對主要能量吸收部分變形現(xiàn)象的直接觀察可以得到三維動畫，同樣可以用于多種類型的事故，如擋泥板和前面的縱向梁。這不能通過其他事故重建程序完成。目前，有限元法廣泛應用于車輛模擬碰撞，可惜的是FEM重來就沒對事故重建很好的運用有限元法，因為那需要很多的模擬碰撞次數(shù)，也將花費大量的時間。 因此，這是一篇關(guān)于使用神經(jīng)網(wǎng)絡和有限元方法發(fā)展重建事故技術(shù)的論文，在當前的方法中，模擬汽車碰撞事故采用LSDYNA非線性有限元法。在碰撞事故數(shù)字信息的基礎(chǔ)上，一個三層正反饋神經(jīng)網(wǎng)絡用于生成一個初始碰撞參數(shù)與變形指數(shù)E的近似函數(shù)。 E的近似函數(shù)是遺傳算法約束下的最大速度和角度，本程序適用于一個典型的交通事故：縱向梁和擋泥板上要點的變形可以用來進行測量仿真結(jié)果。這些結(jié)果可通過BP學習規(guī)則用于培養(yǎng)神經(jīng)網(wǎng)絡學習，預先碰撞速度可以通過訓練過的神經(jīng)網(wǎng)絡獲得，那為事故判斷提供了科學依據(jù)。 2.非線性有限元方法和神經(jīng)網(wǎng)絡 2.1非線性有限元法的碰撞模擬 由于整體的某點，通過解決動量方程可以找到變形的時間現(xiàn)象。 顯示不了，所有公式再往右縮進2字符！ 式（1） 式中，是柯西壓力,是電流密度,f是體積力密度、是加速度。 式（1)滿足牽引力的邊界條件： 式（2） 在邊界上，位移邊界條件是： 式（3） 在的邊界上，連續(xù)中斷 式（4） 沿著的邊界上當時 ，能量方程： 式（5） 式中，V是相對體積，和代表偏應力和壓力 式（6） 式（7） 式中，是體積粘性，是張量積，如果i=j,=1,否則=0.是張應力 已知 式（8） 式中， 滿足所有邊界要求，這個綜合結(jié)束通用幾何學，通過使用分歧理論，它引出一個虛擬工作原理。 式（9） 這個結(jié)構(gòu)和成分可以通過很多原理模仿，形狀函數(shù)方面的拉格朗日原理代表了幾何元素，裝配后，基本的質(zhì)量集中在節(jié)點。然而,模擬碰撞有限元模型包含大量的要素，詳細差分法的時間元是少的，計算的時間是相當?shù)拈L。 2.2 利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡 神經(jīng)網(wǎng)絡作為全球性的近似工具被廣泛使用，因為在過去經(jīng)驗的基礎(chǔ)上它有能力去處理和繪制外部數(shù)據(jù)和信息。在神經(jīng)網(wǎng)絡中，傳輸和處理的輸入數(shù)據(jù)被分配到一個簡單的計算網(wǎng)絡中的單位叫做神經(jīng)元。當加權(quán)和的投入超過活化價值時，每個神經(jīng)元返回一個輸出信號。輸出值通過定義一個轉(zhuǎn)移功能可以計算出，也稱為激活功能。 在這項研究中一個正反饋多層神經(jīng)網(wǎng)絡被使用，該網(wǎng)絡由第一層神經(jīng)元，一個或多個隱藏層和輸出層組成。圖1作為補充。 圖1 神經(jīng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu) 第一層叫做輸入層，收到外部輸入信號轉(zhuǎn)移到隱藏層。這個信號由隱藏層到輸出層被改進、加權(quán)和重新分配。電流神經(jīng)元的KTH層的輸出信號可以計算出來： 式（10） 式中，是地方傳遞函數(shù)考慮層，一個C形功能是用作神經(jīng)元的隱藏層，這個功能可以寫成： 式（11） 神經(jīng)元的輸出層使用一個線性傳遞函數(shù) ： 式（12） 式中，fi是ki 神經(jīng)元的激活信號，激活價值計算為： 式（13） 在學習神經(jīng)網(wǎng)絡的過程中涉及到很多的實例，訓練集以輸入輸出為已知的一種經(jīng)驗，連接重量和神經(jīng)網(wǎng)絡的價值偏差改變了，所以最小化了已知和計算的輸出中的偏差。利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡學習法則，其中已知和計算的輸出均方根是最小化得。訓練的過程是執(zhí)行L-M算法，這個算法最初是為最小二乘方設計的，其中目標函數(shù)被定義為平方的概括，像這樣的目標函數(shù)正在研究。 一個批處理模式用于完成訓練過程，每個神經(jīng)網(wǎng)絡單一的平方誤差的輸出被規(guī)定為平方根誤差的概括，由每個案例的訓練的到。事實上，考慮到N對輸入輸出的訓練區(qū)，最小化誤差被定義為RMS 式（14） 為了提高學習階段的速度和效率，輸入和輸出數(shù)據(jù)被定標，于此，利用方程輸入數(shù)據(jù)被標的為0和1之間的線性攀升。 式（15） 式中，X是設計變量矢量的刻度值，Xmax和Xmin是各自設計領(lǐng)域的最大和最小值。當輸出值主要和變形有關(guān)的時候，神經(jīng)網(wǎng)絡的輸入值的選擇描述了考慮結(jié)構(gòu)的速度和角度。 3. 有限元法的事故重建和神經(jīng)網(wǎng)絡 根據(jù)碰撞事故的特征指標，給予事故評估的目錄，X1，X2， .. .,Xn，在碰撞中主要部件的崩潰體現(xiàn)了變形的關(guān)鍵。這個關(guān)鍵點是圓孔和螺栓孔的選擇，這樣很容易找到。中心圓孔的變形能通過孔上3分圓的變形測量，螺栓孔的變形可以通過在那的3坐標節(jié)點的信息測量。 從調(diào)查事故現(xiàn)場使用這些指標的測量值，x1e,x2e, . . .，xne，這些指標的計算從電腦模擬:x1c,x2c, . . .,xnc,指數(shù)E反應了事故重建的難易度。 式（16） 如何取指數(shù)E的最大值是重復電腦模擬的過程，在短時間內(nèi)，計算機仿真和神經(jīng)網(wǎng)絡建模相結(jié)合的方法是事故重建的一種技術(shù)改造。有限元分析往往為神經(jīng)網(wǎng)絡培訓和測試產(chǎn)生例子，并使用商務條列LS-DYNA。 訓練過的神經(jīng)網(wǎng)絡能夠繪制清變量間的關(guān)系，也就是汽車的初速度和角度，目標函數(shù)也就是指數(shù)E。解決訓練模式的執(zhí)行是通過design-of-experiment這個技術(shù)，這為了得到均勻分配內(nèi)部領(lǐng)域，最大的指數(shù)E是利用訓練過的神經(jīng)網(wǎng)絡預測的遺傳算法取得，如圖2所示： 圖2 事故重建流程圖 4.交通事故實例應用 4.1事故現(xiàn)場有限元模型建立 采用有限元法及神經(jīng)網(wǎng)絡技術(shù)對一例真實汽車事故進行了再現(xiàn)分析，該事故發(fā)生在2001年12月海南試車場，如圖3所示。 圖3 事故現(xiàn)場的圖片 針對本次事故的特點，選擇前縱梁和擋泥板作為變形量測量對象 用三坐標測量儀測量了車身變形，首先在車身后部未發(fā)生變形的部位建立車身坐標系．選擇前縱粱上的7個螺栓定位點 及擋泥板上4個圓孔的圓心作為關(guān)鍵點．用三坐標測量儀測量了其坐標，，因為這2個主要能量吸收部分幾乎不受到粗糙表面的影響，他們應該比前面更可靠：圖4是攝影測量變形的關(guān)鍵點，圖5是擋泥板和縱前梁的關(guān)鍵點。 圖4 關(guān)鍵點變髟量刪量現(xiàn)場照片 圖5 擋泥板和縱前梁的關(guān)鍵點 4.2 有限元建模 車輛模型是先拆卸和組成幾大類：框架、前面的內(nèi)部、機艙、門、等。利用UG和catia軟件獲得三維幾何數(shù)據(jù)的每個組成部分。接下來，為了嚙合與模型裝配這些文件輸入到Hypermesh軟件。最后，這個模型是翻譯LS-DYNA輸入文件。眾所周知，這個系統(tǒng)地總體結(jié)構(gòu)式由通過關(guān)節(jié)連接的130個部分組成（包括點焊機、電弧焊接、螺栓鉚連接,連接和膠粘劑粘）。許多不同類型的元素是用來描述幾何形狀，連接特性等。當某些特定條件得到滿足時，包括不合格的殼單元，橫梁單元，桿單元，六面體單元，彈簧單元，剛性單元，特定焊接單元 一個模擬正面碰撞中占有者的動態(tài)行為的三維虛擬模型被建立，模型的所有部分使用球面和轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)連接，該數(shù)據(jù)模型根據(jù)CMVDR294對實驗結(jié)果的方法被驗證（中國汽車設計準則），圖6是比較實驗和數(shù)值間加速-時間曲線。 圖6 測試結(jié)果和仿真結(jié)果加速度曲線 在這個模擬中，引擎的變形不被考慮，但被當做一個剛性的部分，門使用鉸鏈和門鎖連接到車身，根據(jù)交通事故現(xiàn)場的照片，整個模型也包含墻的有限元模型 圖7是商業(yè)車輛和墻的有限元模型，圖8是擋泥板和前縱向梁的有限元模型。 圖7 墻和商用車輛的有限元模型 圖8 擋泥板和縱向梁的有限元模型 4.3 事故重建 縱向梁和擋泥板的變形測量值都列在表1。 把商用車輛的速度和方向作為設計變量，把上界和下界設計變量限制在 表1 變形的要點 表2所示：每個實際變量的六設計水平有各種相同的間隔。 表2 設計變量和設計水平 在設計區(qū)域中訓練區(qū)總共由36個要點構(gòu)成，測試區(qū)由設計領(lǐng)域內(nèi)隨機挑選的4個要點構(gòu)成，平均CPU時間為一個單一的有限元分析約八小時的onyx3800使用4個cpu SGI系統(tǒng)并行計算機。 要點11的變形數(shù)據(jù)和指數(shù)E是為神經(jīng)網(wǎng)絡輸出值的每個模擬仿真設計的，　　培訓參數(shù)主要包括學習速率和動力常數(shù)。如圖9所示 圖9 訓練過的神經(jīng)網(wǎng)絡 從表3,可以發(fā)現(xiàn),神經(jīng)網(wǎng)絡能映射關(guān)系初始墜毀的參數(shù)與變形指標的準確的方式，指數(shù)E的最大值利用訓練過的神經(jīng)網(wǎng)絡的遺傳算法獲得的，圖10顯示仿真結(jié)果，可以這樣說，真正事故中的速度和角度和模擬中的十分吻合。 表3 有限元法和神經(jīng)網(wǎng)絡得到的指數(shù)E 圖10 16度和51km/h條件下的仿真結(jié)果 4.4 結(jié)果確認 由于事故現(xiàn)場中輪胎的清晰痕跡（圖3a顯示）我們可以得到模型的標志，利用數(shù)字技術(shù)解決了帕方程得到了對象點集（見圖11）。所以墻和車輛運動方向間的角度能夠從這個模型中測量，結(jié)果是16.89度。然后這個模型會輸入到PC-CRASH中，車輛撞墻前的速度能被計算出事49.3km/h。 PC-Crash包含了幾種不同的計算模型,包括一個脈沖動量模型，一個剛度沖擊模型，一個模擬軌道動力模型，和一種簡單的動力學模型。為了最大多功能化，PC-Crash模擬結(jié)果能在平面和立體圖，三維透視圖和大量的圖表和表格中獲得。 PC-Crash的仿真結(jié)果非常接近有限元方法，但是這個軟件不能利用車輛變形的信息，和它完全依賴輪胎的痕跡。眾所周知，現(xiàn)在很多車輛安裝ABS防抱死系統(tǒng)使得車輛很難獲得清晰地剎車痕，此外，天氣和人都很容易損壞剎車痕，有限元方法通過車輛變形解決了速度和角度，并不需要任何外部條件，如剎車痕等。因此，有限元方法可以得到更可靠的結(jié)果。 圖11 事故現(xiàn)場的三維重建 5. 總結(jié) 本文提供了結(jié)合有限元分析和神經(jīng)網(wǎng)絡來重建碰撞事故的一種新的技術(shù)，利用有限元模擬充分考慮彈性變形和應變速率的研究結(jié)果更準確。利用神經(jīng)網(wǎng)絡，最初的碰撞參數(shù)和關(guān)鍵點的變形之間的關(guān)系能正確的繪制出，因此它降低了有限元模擬的周期。為了驗證，程序用于一個典型的交通事故。利用訓練的神經(jīng)網(wǎng)絡仿真的碰撞前速度和角度和真正的意外相一致，可以為事故的判斷提供一種科學的依據(jù)。 附件2：外文原文（復印件） 南京理工大學紫金學院 畢業(yè)設計（論文）任務書 系： 機械工程系 專 業(yè)： 機械工程及自動化 學 生 姓 名： 方勇 學 號： 060104243 設計(論文)題目： 汽車碰撞模擬試驗臺設計 起 迄 日 期: 2010年2月24日 ~ 6月5日 設計(論文)地點: 南京理工大學紫金學院 指 導 教 師: 肖 猛 專業(yè)負責人: 發(fā)任務書日期: 2010年 2 月 23 日  任務書填寫要求 1．畢業(yè)設計（論文）任務書由指導教師根據(jù)各課題的具體情況填寫，經(jīng)學生所在專業(yè)的負責人審查、系領(lǐng)導簽字后生效。此任務書應在畢業(yè)設計（論文）開始前一周內(nèi)填好并發(fā)給學生； 2．任務書內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務處統(tǒng)一設計的電子文檔標準格式（可從教務處網(wǎng)頁上下載）打印，不得隨便涂改或潦草書寫，禁止打印在其它紙上后剪貼； 3．任務書內(nèi)填寫的內(nèi)容，必須和學生畢業(yè)設計（論文）完成的情況相一致，若有變更，應當經(jīng)過所在專業(yè)及系主管領(lǐng)導審批后方可重新填寫； 4．任務書內(nèi)有關(guān)“系”、“專業(yè)”等名稱的填寫，應寫中文全稱，不能寫數(shù)字代碼。學生的“學號”要寫全號； 5．任務書內(nèi)“主要參考文獻”的填寫，應按照國標GB 7714—2005《文后參考文獻著錄規(guī)則》的要求書寫，不能有隨意性； 6．有關(guān)年月日等日期的填寫，應當按照國標GB/T 7408—2005《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯數(shù)字書寫。如“2008年3月15日”或“2008-03-15”。 畢 業(yè) 設 計（論 文）任 務 書 1．本畢業(yè)設計（論文）課題應達到的目的： 通過畢業(yè)設計使學生初步了解汽車模擬碰撞試驗的目的。實現(xiàn)模擬碰撞的手段與方法。能運用所學知識初步進行裝置設計，提高綜合運用機、液一體化知識進行設計、計算的能力。 2．本畢業(yè)設計（論文）課題任務的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）： （1）設計撞擊小車重量：M＝480kg ± 5kg； 小車撞擊速度：V＝48 ± 0.5km/s； 導軌長度：L＝25m。 （2）設計緩沖器使撞擊后減速曲線符合ECE16標準，給出模擬碰撞曲線。 （3）小車運動動力源需保證每次撞擊速度一致，且結(jié)構(gòu)緊湊。小車和緩沖器強度需滿足要求。 畢 業(yè) 設 計（論 文）任 務 書 3．對本畢業(yè)設計（論文）課題成果的要求〔包括畢業(yè)設計論文、圖表、實物樣品等〕： （1）論文綜述； （2）英文文獻翻譯； （3）撞擊試驗臺總圖一張，緩沖器總圖一張和相關(guān)零件圖若干； （4）畢業(yè)設計（論文）說明書和有關(guān)計算程序。 4．主要參考文獻： [1] 上海市教育委員會.現(xiàn)代汽車安全技術(shù)[M].上海：上海交通大學出版社，2006. [2] 鐘志華等.汽車碰撞安全技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2003. [3] 夏長高，曾發(fā)林，丁華.汽車安全檢測技術(shù)[M].北京：化學工業(yè)出版社，2006. [4] 王瑄，劉曉君，朱西產(chǎn).我國安全帶動態(tài)性能試驗標準中滑車碰撞車速的探討[J]. 汽車工程，1998（1）：10-16. [5] 劉君，王瑄.安全帶動態(tài)性能試驗方法研究[J].汽車技術(shù)，1998（9）：16-20，27. [6] 曹玉平，閻祥安.液壓傳動與控制[M].天津：天津大學出版社，2003. [7] 楊培元，朱福元. 液壓系統(tǒng)設計簡明手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005. [8]王瑄，陳弘，董麗莉，趙航. CATARC汽車模擬碰撞試驗系統(tǒng)的研究[J].汽車技術(shù)，1996（10）：28-32. [9]劉學術(shù)，宋振寰，于長吉.汽車碰撞基本規(guī)律研究[J].汽車技術(shù)，2004（3）：22-25. 畢 業(yè) 設 計（論 文）任 務 書 5．本畢業(yè)設計（論文）課題工作進度計劃： 起 迄 日 期 工 作 內(nèi) 容 2010年 2月16日 ~ 2月23日 2月24日 ~ 3月19日 3月20日 ~ 3月25日 3月26日 ~ 4月30日 5月 1日 ~ 5月7日 5月8日 ~ 5月25日 6月1日 6月5日 下發(fā)任務書，布置外文翻譯 調(diào)研，查文獻，撰寫開題報告，完成外文資料翻譯 檢查開題報告，外文翻譯 系統(tǒng)方案設計 計算分析與繪圖 畢業(yè)設計中期檢查 完成畢業(yè)設計說明書的撰寫，申請優(yōu)秀畢業(yè)論文 優(yōu)秀論文答辯 答辯 所在專業(yè)審查意見： 負責人： 年 月 日 系意見： 系領(lǐng)導： 年 月 日 南 京 理 工 大 學 紫 金 學 院 畢業(yè)設計(論文)開題報告 學 生 姓 名： 方勇 學 號： 060104243 專 業(yè)： 機械工程及自動化 設計(論文)題目： 汽車碰撞模擬試驗臺設計 指 導 教 師: 肖 猛 2010年3月19日  開題報告填寫要求 1．開題報告（含“文獻綜述”）作為畢業(yè)設計（論文）答辯委員會對學生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報告應在指導教師指導下，由學生在畢業(yè)設計（論文）工作前期內(nèi)完成，經(jīng)指導教師簽署意見及所在專業(yè)審查后生效； 2．開題報告內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務處統(tǒng)一設計的電子文檔標準格式（可從教務處網(wǎng)頁上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應及時交給指導教師簽署意見； 3．“文獻綜述”應按論文的格式成文，并直接書寫（或打?。┰诒鹃_題報告第一欄目內(nèi)，學生寫文獻綜述的參考文獻應不少于15篇（不包括辭典、手冊）； 4．有關(guān)年月日等日期的填寫，應當按照國標GB/T 7408—2005《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯數(shù)字書寫。如“2007年3月15日”或“2007-03-15”。  畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告 1．結(jié)合畢業(yè)設計（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻資料，每人撰寫 2000字左右的文獻綜述： 文 獻 綜 述 1．研究背景 隨著科技的進步、經(jīng)濟的發(fā)展、人民生活水平的不斷提高，汽車己經(jīng)成為人們學習、工作、生活中不可缺少的代步工具，對人們的生活、生產(chǎn)產(chǎn)生了深刻的影響。作為一種便捷的現(xiàn)代化交通工具，汽車在給人們帶來極大便利的同時，也因其造成的交通事故給人類的生命和財產(chǎn)安全帶來了嚴重威脅。隨著全球汽車保有量的不斷增加，交通事故也隨之增加，交通事故己經(jīng)成為全球范圍內(nèi)的一大社會問題。 這是一組讓人膛目結(jié)舌的數(shù)字。美國的汽車保有量為1.3億輛，每年道路交通死亡4萬人左右；日本的汽車保有量近8000萬輛，每年道路交通死亡1.1萬人，去年降到8000人。中國的汽車保有量是3000萬輛，每年道路交通死亡近11萬人，單車事故率相當于美國的近13倍，日本的近40倍[1]。除去交通狀況等客觀因素，一個不可回避的原因就是中國汽車安全系數(shù)低，我國交通事故的嚴重程度由此可想而知。隨著我國道路交通狀況的不斷改善，我國汽車的保有量不斷增加，車速也逐漸提高，交通事故總量和所造成的人員傷亡與財產(chǎn)損失近年來也呈上升趨勢。加強道路交通系統(tǒng)和汽車安全的研究，預防交通事故，是需要全社會共同關(guān)注和迫切改善的重要課題[2]。 汽車安全性問題與汽車的各種性能等直接或間接有關(guān)，對其研究最初是與提高汽車的整車性能的研究交織在一起的。隨著二戰(zhàn)后汽車工業(yè)的持續(xù)發(fā)展，到60年代中期，西方發(fā)達國家中汽車的保有量和汽車的動力性能有了明顯的提高，公路上的車流密度和車流速度己達到了一個空前高的水平，汽車事故發(fā)生率空前高漲，汽車安全性受到了公眾和政府部門的高度重視。從這一時期開始，各國相繼制定或修訂了安全法規(guī)，如美國的汽車安全標準FMVSS等[3]。在這些法規(guī)的制約下，以及為了提高汽車產(chǎn)品的競爭力，各大汽車制造商和一些研究機構(gòu)開展了汽車安全性的專門研究。汽車安全性研究逐漸從汽車技術(shù)研究的其他領(lǐng)域分離出來形成了一個獨立的分支。 2．汽車安全性的種類 汽車安全性可劃分為主動安全性和被動安全性[5]。被動安全性是指汽車發(fā)生不可避免的交通事故后，能夠?qū)噧?nèi)乘員或車外行人進行保護，以免發(fā)生傷害或使傷害減低到最低程度的性能。目前，汽車被動安全性研究內(nèi)容包括車身結(jié)構(gòu)抗撞性研究、碰撞生物力學研究以及乘員約束系統(tǒng)及安全駕駛室內(nèi)飾組件的開發(fā)研究這三個方面。 汽車被動安全性研究方法包括試驗研究和計算機仿真研究兩種[6]。汽車被動安全性的研究最早通過實驗進行，內(nèi)容包括臺架沖擊試驗、臺車碰撞模擬試驗和實車碰撞試驗。實車碰撞試驗主要用來對己開發(fā)出的成品車型進行按法規(guī)(如美國FMVSS汽車安全標準)要求的試驗，以鑒定其是否達到法規(guī)要求。涉及整車結(jié)構(gòu)的相關(guān)FMVSS安全標準都要求進行時速為48km/h的實車與固定障壁的前碰實驗。前面固定障礙物的沖擊代表最嚴重的汽車碰撞類型。適合于該碰撞試驗的固定障礙物通常由至少3m寬、1.5m高、0.6m厚的鋼筋混凝土制成。在障礙物后面堆有大約90.000噸夯實的砂土或其等價物。障礙物平面垂直于汽車最后趨近路線，且表面鋪有19mm厚的層壓板。采用道軌來控制試驗汽車的方向，整個車輛的加速度可借安置于車地板或大梁或靠近車門中柱的車身門檻處的加速度儀來測量。我國的碰撞試驗使用的是剛性的水泥墻，其上覆蓋的20cm的木板并不存在變形吸能的作用，只是為了保護儀器，反而是歐洲的重疊碰撞試驗中測試車輛并不是直接撞向剛性墻壁，而是與一個蜂窩結(jié)構(gòu)的吸能塊發(fā)生重疊碰撞，用這個吸能塊來模仿對面來車。 汽車主動安全對策主要涉及汽車的制動性、動力性、操縱穩(wěn)定性、駕駛舒適性、信息性等方面。包括防抱死制動系統(tǒng)(ABS)、驅(qū)動防滑系統(tǒng)(ASR)、橫擺控制系統(tǒng)、車距報警系統(tǒng)、駕駛輔助預警系統(tǒng)、安全導航系統(tǒng)后視鏡、高位制動燈等汽車主動安全裝置[7]。 3．汽車模擬碰撞的研究 （1）國外汽車碰撞模擬研究與發(fā)展狀況 對汽車碰撞的研究，國外起步較早。較早開展汽車碰撞研究的是美國。早期汽車碰撞研究主要是進行各種條件下的碰撞試驗，包括實車試驗和模擬試驗，如前所述。國外 汽 車碰撞模擬最早出現(xiàn)在60年代末期，由于當時受計算機硬件水平的限制，一輛車僅包含幾十個節(jié)點，單元類型也局限于梁單元，當時的碰撞模擬主要是對實車碰撞實驗的預測。80年代由于Cray等巨型機的出現(xiàn)和顯式積分理論的成熟，人們開始研究對整車的耐撞有限元分析，汽車單元數(shù)量發(fā)展到幾千個，同時開發(fā)出了與汽車結(jié)構(gòu)相對應的薄壁單元。進入90年代以來，由于汽車碰撞的商業(yè)化軟件不斷完善，單元數(shù)量也擴大到幾萬個甚至幾十萬個，汽車碰撞模擬結(jié)果越來越接近于實際。由于計算機開始廣泛采用了并行技術(shù)，使得運算時間大大減少，甚至現(xiàn)在普通的個人計算機也可以進行碰撞仿真分析。目前在汽車發(fā)達國家汽車碰撞模擬研究已經(jīng)達到相當成熟的地步，開發(fā)出了許多成熟的用于碰撞模擬的成熟商業(yè)軟件包，已經(jīng)部分取代實驗室的工作。 （2） 國外開展汽車碰撞模擬研究的方向 國外開展的汽車碰撞計算機模擬研究主要包括事故再(ACCIDENTRECONSTRUCTION),碰撞受害者模擬(CRASH VICTIM SIMULATION)、汽車結(jié)構(gòu)抗撞性模擬(SIMULATION OF AUTOMOBILE'S CRASHWORTHI-NESS)三個方向[9-12]。事故再現(xiàn)研究的內(nèi)容是，在汽車事故發(fā)生后，由汽車的最終位置開始，運用按經(jīng)驗建立的運動學和動力學模型往回推算，即反向經(jīng)由碰撞后階段一碰撞階段一碰撞前階段，使事故的情況在時間和空間上得以重現(xiàn)。汽車 碰 撞 受害者模擬的研究工作開始于60年代中期，使用的動力學分析模型是多剛體系統(tǒng)模型和生物力學分析模型，分別用來模擬人體整體動力學響應和人體局部結(jié)構(gòu)傷害程度。汽車 結(jié) 構(gòu) 抗撞性模擬的動力學分析模型是非線性大變形有限元模型。有限元模型的優(yōu)點在于能真實地描述結(jié)構(gòu)變形，適用于建立汽車結(jié)構(gòu)模型及人體局部結(jié)構(gòu)的生物力學分析模型。 （3） 國內(nèi)汽車碰撞模擬研究狀況 我國對汽車被動安全性進行系統(tǒng)研究是從上個世紀80年代后期開始的，汽車碰撞研究工作也開始于這一時期，取得了可喜的成績。1989年，吉林工業(yè)大學和西安公路交通大學分別建立了“剛體+彈塑性彈簧”數(shù)學東北大學碩士學位論文第一章緒論模型和“剛體+彈簧阻尼”數(shù)學模型[13]。后者還做了模型碰撞試驗，驗證其理論模型。次年，吉林工業(yè)大學李卓森教授和李洪國教授就計算機模擬中所需的汽車碰撞剛度和汽車正面碰撞方程式等方面進行了探討。1996年清華大學的黃世霖、王春雨等人應用DYNA3D研究了車架結(jié)構(gòu)的耐撞性能并在此研究基礎(chǔ)上對車架結(jié)構(gòu)提出了改進措施。從2000年開始，我國一直實施汽車正面碰撞法規(guī)，即是100%正面全接觸碰撞試驗。2003年，我國己經(jīng)制定GB 11551汽車正碰國家標準。而事實上，在道路交通事故中，由于側(cè)面碰撞造成的傷亡事故也占有相當比例，約有20%。在清華大學汽車碰撞試驗室和中國汽車技術(shù)研究中心碰撞試驗室進行了大量的碰撞試驗，才最終確定了我國汽車側(cè)碰國家標準(送審稿)的內(nèi)容，并計劃于2006年7月1日起正式實施[14-16]。 4.個人感想 汽車碰撞試驗是汽車碰撞安全性研究中最準確可靠的方法，所開發(fā)汽車的碰撞安全性最終都得通過實車碰撞試驗來檢驗。但此類試驗是汽車開發(fā)中一種昂貴的“試錯”過程，所需開發(fā)時間長，開發(fā)成本高。因此，尋求通過對汽車碰撞進行模擬計算來部分地取代與改進汽車碰撞試驗工作，已成為汽車碰撞安全性研究中的一種必然趨勢。通過模擬計算來分析汽車的碰撞性能，可以為汽車設計或改進工作提供一些基本規(guī)律和指導方向，減少試驗次數(shù)，避免大量嘗試性的工作，這樣既能節(jié)約開發(fā)成本，又可縮短開發(fā)時間。在我國當前財力物力有限，相關(guān)的試驗條件還不充分具備的條件下，應用有限元模擬計算的方法來研究汽車的側(cè)面碰撞安全性，就更加具有現(xiàn)實意義。 參考文獻 [1] 上海市教育委員會.現(xiàn)代汽車安全技術(shù)[M].上海：上海交通大學出版社，2006. [2] 鐘志華等.汽車碰撞安全技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2003. [3] 夏長高，曾發(fā)林，丁華.汽車安全檢測技術(shù)[M].北京：化學工業(yè)出版社，2006. [4] 王瑄，劉曉君，朱西產(chǎn).我國安全帶動態(tài)性能試驗標準中滑車碰撞車速的探討[J]. 汽車工程，1998（1）：10-16. [5] 劉君，王瑄.安全帶動態(tài)性能試驗方法研究[J].汽車技術(shù)，1998（9）：16-20，27. [6] 曹玉平，閻祥安.液壓傳動與控制[M].天津：天津大學出版社，2003. [7] 王瑄，陳弘，董麗莉，趙航. CATARC汽車模擬碰撞試驗系統(tǒng)的研究[J].汽車技術(shù)，1996（10）：28-32. [8] 楊培元，朱福元. 液壓系統(tǒng)設計簡明手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005. [9] 劉學術(shù)，宋振寰，于長吉.汽車碰撞基本規(guī)律研究[J].汽車技術(shù)，2004（3）：22-25. [10] 開文果，金先龍，張曉云等.汽車碰撞有限元仿真的并行計算及其性能研究 [J].系統(tǒng)仿真學報，2004,16(11):2428-2431. [11] 黃世霖，張金換，王曉東等.汽車碰撞與安全[M]，北京:清華大學出版社，2000. [12] 梁宏毅，關(guān)喬，陳建偉解析中國汽車正面碰撞試驗法規(guī)[J]，世界汽車，2001. [13] 朱西產(chǎn).實車碰撞試驗法規(guī)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J].汽車技術(shù)，2001,4:5-10. [14] 胡少良.我國汽車碰撞安全性研究的現(xiàn)狀[J].天津汽車,1995,8(3):33-35. [15] 郭應時，吳曉武.汽車非對稱正面碰撞過程模擬[J].西安公路交通大學學報，1999,19(2):80-105. [16] 張覺慧，譚敦松，高衛(wèi)民等.汽車碰撞的有限元法及車門的抗撞性研究[J].同濟大學學報，1997,25(4):450-454.  畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告 ２．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）： 研究問題： 本課題主要研究的是設計一個軌道，一個撞擊試驗臺，緩沖器和相關(guān)零件，設計緩沖器使撞擊后減速曲線符合ECE16標準，給出模擬碰撞曲線。小車和緩沖器強度需滿足要求。 研究手段： （1）采用液壓式緩沖器，設計緩沖器結(jié)構(gòu)； （2）設計模擬碰撞試驗臺的其他部件； （2）通過CAD繪圖軟件繪制結(jié)構(gòu)圖。  畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告 指導教師意見： 1．對“文獻綜述”的評語： “文獻綜述”以交通事故的嚴重性作為課題研究的背景，簡述了汽車檢測與安全的重要性，闡述了國內(nèi)外對汽車碰撞的研究和發(fā)展情況，最后結(jié)合課題內(nèi)容提出了自己的看法。論述與課題研究內(nèi)容和主題結(jié)合緊密，敘述清楚，有一定的綜合能力，表明該同學對課題相關(guān)研究內(nèi)容已有一定的理解。 2．對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設計（論文）結(jié)果的預測： 本課題是關(guān)于汽車碰撞模擬試驗臺的設計，涉及面較寬，深度和廣度適中，工作量適中，需要學生靈活應用所學的理論知識，應該能夠達到預期目標。 指導教師： 年 月 日 所在專業(yè)審查意見： 負責人： 年 月 日 南京理工大學紫金學院 畢業(yè)設計說明書(論文) 作 者: 方勇 學 號： 060104243 系： 機械工程 專 業(yè): 機械工程及自動化 題 目: 汽車碰撞模擬實驗臺設計 講師 肖猛 指導者： (姓 名) (專業(yè)技術(shù)職務) 評閱者： (姓 名) (專業(yè)技術(shù)職務) 2010年 5月 畢業(yè)設計說明書（論文）中文摘要 汽車模擬碰撞試驗臺由基架、導軌、滑車、牽引裝置、液壓緩沖系統(tǒng)及碰撞壁組成。安裝在導軌上的滑車被牽引裝置拖動，拉伸彈性橡皮繩給滑車提供較大初始加速度，小車以48KM/h的速度碰撞緩沖器，緩沖器在一定的時間內(nèi)把小車的速度由48KM/h減到0。本文主要研究的對象是液壓緩沖器，該液壓緩沖器主要作用是將小車的碰撞加速度控制在ECER16標準曲線范圍內(nèi)。 關(guān)鍵詞 模擬碰撞 試驗臺 液壓緩沖器 畢業(yè)設計說明書（論文）外文摘要 Title The Design of Vehicle Simulation Impact Test System Abstract： This simulation impact test bed of vehicle is composed of base mounting, guide rail, sheave block, draw gear, Hydraulic buffer system and Collisions wall. The sheave block mounted in guide rail is driven by draw gear, elastic rubber ropes as a kind of media is stretched to provide biggish initial acceleration, the sheave block collision the buffer with the speed 48km/h.The buffer reduced the speed of sheave block from 48km/h to 0 in a certain period of time. This paper mainly studies the object is hydraulic buffer, the buffer’s main effect is control the sheave block’s crash acceleration in ECER16 standard curve range. Keywords Simulation collision; test-bed; Hydraulic buffer