1.一種基于雙梯形波的碰撞波形概念設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、定義參數(shù)：

1)定義車體前端結(jié)構(gòu)的空間參數(shù)；

所述定義車體前端結(jié)構(gòu)的空間參數(shù)為：發(fā)動(dòng)機(jī)前端的布置空間D₁₀、發(fā)動(dòng)機(jī)后端到防火墻的布置空間D₂₀、前縱梁前端到發(fā)動(dòng)機(jī)之間的距離D₃₀；

2)定義雙臺(tái)階波參數(shù)；

3)定義雙梯形波參數(shù)；

步驟2、設(shè)定約束條件：

為了獲得最優(yōu)的雙臺(tái)階波，假設(shè)發(fā)動(dòng)機(jī)前端的布置空間D₁₀、發(fā)動(dòng)機(jī)后端到防火墻的布置空間D₂₀和車內(nèi)乘員的生存空間S₀全部用盡；

步驟3、引入雙臺(tái)階波振動(dòng)方程；

步驟4、求解雙臺(tái)階波；

步驟5、求解雙梯形波；

所述定義雙臺(tái)階波參數(shù)是指：

以發(fā)動(dòng)機(jī)的碰撞時(shí)刻t₁為分界點(diǎn)，兩臺(tái)階高度分別為G₁、G₂，碰撞結(jié)束時(shí)刻為t₂，此時(shí)車體開(kāi)始回彈；從碰撞開(kāi)始到t₁時(shí)間段內(nèi)，發(fā)動(dòng)機(jī)前端結(jié)構(gòu)的壓潰量為D₁，從t₁到碰撞結(jié)束，發(fā)動(dòng)機(jī)后端到防火墻的壓潰量為D₂；

所述雙臺(tái)階波參數(shù)為G₁、G₂、t₁、t₂、D₁、D₂；

所述定義雙梯形波參數(shù)是指：

A碰撞發(fā)生點(diǎn)，其對(duì)應(yīng)的時(shí)刻為0；B為前縱梁開(kāi)始與壁障接觸的點(diǎn)，其對(duì)應(yīng)時(shí)刻為t_B；C為發(fā)動(dòng)機(jī)與壁障接觸點(diǎn)，其對(duì)應(yīng)的時(shí)刻為t_C，與雙臺(tái)階波中t₁時(shí)刻重合；E為車體位移達(dá)到最大動(dòng)態(tài)壓潰量點(diǎn)，其對(duì)應(yīng)的時(shí)刻為t_E，此刻車體速度為0，開(kāi)始回彈，與雙臺(tái)階波中圖t₂時(shí)刻重合；F為碰撞結(jié)束點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的時(shí)刻t_F；

在位移域里，發(fā)動(dòng)機(jī)前端結(jié)構(gòu)的壓潰量D₁、發(fā)動(dòng)機(jī)后端到防火墻的壓潰量D₂與發(fā)動(dòng)機(jī)前端布置空間D₁₀和發(fā)動(dòng)機(jī)后端到防火墻的布置空間D₂₀對(duì)應(yīng)；

將D₁在位移域進(jìn)一步劃分為兩部分，其中D₃為前縱梁到發(fā)動(dòng)機(jī)之間的壓潰量，與前縱梁前端到發(fā)動(dòng)機(jī)之間的距離D₃₀對(duì)應(yīng)；雙梯形波的第一臺(tái)階高度為G'₁，第二臺(tái)階高度仍為G₂；

所述雙梯形波的參數(shù)為t_B、t_C、t_E、t_F、G'₁、G₂、D₁、D₂、D₃，其中與雙臺(tái)階波參數(shù)重復(fù)的部分表示參數(shù)值相同；

所述雙臺(tái)階波參數(shù)需要滿足的條件為：

1)雙臺(tái)階波的總吸能量與整車動(dòng)能相等，則有：

D₁＝ξD₁₀D₂＝ξD₂₀ (1)

2)發(fā)動(dòng)機(jī)前端結(jié)構(gòu)的壓潰量D₁：

3)發(fā)動(dòng)機(jī)后端到防火墻的壓潰量D₂：

根據(jù)上述三個(gè)約束條件將雙臺(tái)階波轉(zhuǎn)化為只有G₁一個(gè)參數(shù)的函數(shù)形式：

a_v(t)＝f(G₁,G₂,t₁,t₂)＝g(G₁) (8)

v₀為碰撞初速度，單位m/s；

雙臺(tái)階波參數(shù)G₁和G₂單位m/s²，t₁和t₂單位s，D₁和D₂單位m；

ξ為結(jié)構(gòu)壓縮系數(shù)；

D₁₀為發(fā)動(dòng)機(jī)前端的布置空間，單位m；

D₂₀為發(fā)動(dòng)機(jī)后端到防火墻的布置空間，單位m；

a_v(t)為車體碰撞波形函數(shù)；

步驟3中所述引入雙臺(tái)階波振動(dòng)方程，在不考慮約束系統(tǒng)間隙的前提下，引入振動(dòng)方程，求解雙臺(tái)階波輸入與線性約束系統(tǒng)耦合的情況下乘員的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)；包括以下具體步驟：

1)雙臺(tái)階波形的表達(dá)式：

2)通過(guò)解振動(dòng)微分方程求得乘員的相對(duì)運(yùn)動(dòng)響應(yīng)：

3)根據(jù)乘員的相對(duì)運(yùn)動(dòng)響應(yīng)進(jìn)一步求解線性約束剛度；

對(duì)于簡(jiǎn)化為線性的約束系統(tǒng)，其單位質(zhì)量的約束系統(tǒng)剛度k為乘員加速度峰值G和乘員最大相對(duì)位移D_o/v的比值，公式為：

k＝G/D_o/v (11)

乘員的最大相對(duì)位移設(shè)為車內(nèi)乘員的生存空間S₀，乘員加速度峰值為G，則約束系統(tǒng)的固有頻率ω_n，由公式(12)求得：

4)進(jìn)一步推導(dǎo)乘員相對(duì)運(yùn)動(dòng)響應(yīng)：公式(12)中ω_n為約束系統(tǒng)的固有頻率，k為單位質(zhì)量的約束系統(tǒng)剛度；乘員的最大相對(duì)位移發(fā)生在相對(duì)速度為0的時(shí)刻，聯(lián)立等式:

為車體加速度，單位m/s²；

為乘員相對(duì)加速度，單位m/s²；

為乘員相對(duì)速度，單位m/s；

x_o/v為乘員相對(duì)位移，單位m；

D_o/v為乘員最大相對(duì)位移，單位m；

步驟4中所述求解雙臺(tái)階波，包括以下具體步驟：

1)利用Matlab軟件，求解式(8)和式(13)，得到最大相對(duì)位移為S₀時(shí)的第一臺(tái)階高度G₁，進(jìn)而根據(jù)公式(3)～(7)求解出雙臺(tái)階波的其它參數(shù)G₂、t₁、t₂，即可獲得總布置預(yù)留的壓潰空間全部用盡情況下的最優(yōu)雙臺(tái)階波；

2)如果概念設(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)有對(duì)乘員加速度峰值提出要求，用公式(14)求乘員加速度峰值的理論解：

G＝kD_o/v＝kS₀ (14)

G表示為乘員加速度峰值，單位m/s²；

D_o/v表示為乘員最大相對(duì)位移，單位m；

k表示為單位質(zhì)量的約束系統(tǒng)剛度；

S₀表示為車內(nèi)乘員的生存空間，單位m；

步驟5中所述求解雙梯形波，具體包括以下步驟：

1)確定約束條件：

在位移域里，D₁、D₂與發(fā)動(dòng)機(jī)前端的布置空間D₁₀和發(fā)動(dòng)機(jī)后端到防火墻的布置空間D₂₀對(duì)應(yīng)，將最優(yōu)雙臺(tái)階波第一階的寬度D₁在位移域進(jìn)一步劃分為兩部分，其中D₃為前縱梁到發(fā)動(dòng)機(jī)之間的壓潰量，與前縱梁前端到發(fā)動(dòng)機(jī)之間的距離D₃₀對(duì)應(yīng)，計(jì)算式為：

D₃＝ξD₃₀ (15)

ξ表示為結(jié)構(gòu)壓縮系數(shù)

2)求解雙梯形波的第一臺(tái)階高度G'₁：

利用能量守恒原理，將雙臺(tái)階波的第一部分在位移域轉(zhuǎn)化為梯形；發(fā)動(dòng)機(jī)前端結(jié)構(gòu)的吸能量不變，折線ABC和坐標(biāo)軸之間的面積與雙臺(tái)階波第一臺(tái)階的面積相等；雙梯形波的第一臺(tái)階高度G'₁的計(jì)算式為：

G'₁為雙梯形波的第一臺(tái)階高度，單位m/s²；

D₃為前縱梁到發(fā)動(dòng)機(jī)之間的壓潰量，單位m；

D₃₀為前縱梁前端到發(fā)動(dòng)機(jī)之間的距離，單位m；

e₁為發(fā)動(dòng)機(jī)前端結(jié)構(gòu)吸能量，單位J；

3)求解雙梯形波上前縱梁開(kāi)始與壁障接觸的時(shí)刻t_B：

根據(jù)面積相等原理將位移域的雙梯形波轉(zhuǎn)化到時(shí)間域；發(fā)動(dòng)機(jī)前端結(jié)構(gòu)吸能量不變，則發(fā)動(dòng)機(jī)碰撞時(shí)刻的速度不變，即從0到t₁時(shí)間段內(nèi)車體加速度的變化量△v₁不變，公式為：

前縱梁開(kāi)始與壁障接觸的時(shí)刻t_B的計(jì)算式為：

t₁為發(fā)動(dòng)機(jī)的碰撞時(shí)刻，單位s；

v₀為碰撞初速度，單位m/s；

Δv₁為0到t₁時(shí)間段內(nèi)車體加速度的變化量，單位m/s；

t_B為前縱梁開(kāi)始與壁障接觸的時(shí)刻，單位s；

4)根據(jù)設(shè)定的車體回彈速度，確定雙梯形波上碰撞結(jié)束點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻t_F；

EF段為車體回彈階段，EF段與時(shí)間軸之間的面積Δv₃為碰撞結(jié)束時(shí)車體的回彈速度，則碰撞結(jié)束點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻t_F的計(jì)算式為：

Δv₃為碰撞結(jié)束時(shí)車體的回彈速度，單位m/s；

t_F為碰撞結(jié)束點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻，單位s；

t₂為車體回彈時(shí)刻，單位s；

至此，雙梯形波在時(shí)間域中的參數(shù)全部求解完成。