A comparative analysis of road profile effects on vehicle-to rigid fixed barrier frontal impacts

Vehicle crash analysis is a major topic of interest for almost two decades now and will be gaining importance in the future too as many new advancements are being done in the automotive field related to autonomous driving and safer vehicles. Many researches have been done in this field to improve the reliability and trust-worthiness of vehicles by providing state of the art safety features without affecting the total cost of the vehicle. The techniques used to ensure this evolved from real-time crash tests to simulation analysis using numerical and mathematical models. Numerical models are extremely helpful in analysing the damage a particular crash can make with the particular safety features by the help of Computer-Aided-Engineering (CAE). On the other hand, mathematical models simplify the whole crash analysis and reduce lot of time and money. Previously, many investigations were done on this regard about which this thesis will give an insight. The main focus of this thesis is on modelling a car with appropriate tyre – road interaction features and simulating frontal crash on different road conditions and estimating the crash parameters with the difference identified. An overview of the tyre and its contact forces affecting the vehicle maneuverability on general and also study the effect of these in crash scenarios is presented. FEM modelling and simulation of different crash scenarios with the effect of tire-road interactions are performed and processed using Abaqus software. The model used is Honda Accord obtained from the NCAP database and vehicle information is provided by NHTSA. Crash data processing tools are improving nowadays and proper utilization of them will help in acquiring precise data. Crash pulse processing is also an important topic covered in this thesis work and by making use of many signal processing tools like Empirical Mode Decomposition (EMD), Wavelet Transform and Bandlimited Multiple Fourier Linear Combiner (BMFLC) for differentiating and identifying features in a signal, their advantages and their unique properties are identified. Integration methods to effectively reduce the drift in the signal is also discussed and reliable results are provided. This thesis work also explains Lumped Parameter Modelling (LPM) and the procedure for mathematical modelling is illustrated in detail. The most efficient mathematical model is identified and crash parameters are estimated which is then compared for different simulations. Future improvements in the field of mathematical modelling by proposing a more detailed and accurate model is also discussed. On a concluding note, this thesis work takes deeper roots on the concept of crash-worthiness and explain the purpose of using CAE, mathematical modelling and various signal processing tools. This dissertation also emphasizes the fact that vehicle safety ensures human safety and hence verification of any data obtained is important.

L'analisi dei crash dei veicoli è un argomento di interesse importante per quasi due decenni e assumerà importanza anche in futuro, poiché molti nuovi progressi sono stati fatti nel settore automobilistico in relazione alla guida autonoma e ai veicoli più sicuri. Molte ricerche sono state condotte in questo campo per migliorare l'affidabilità e l'affidabilità dei veicoli fornendo funzionalità di sicurezza all'avanguardia senza influire sul costo totale del veicolo. Le tecniche utilizzate per garantire questo si sono evolute da crash test in tempo reale a analisi di simulazione utilizzando modelli numerici e matematici. I modelli numerici sono estremamente utili nell'analisi del danno che un particolare incidente può causare con le particolari caratteristiche di sicurezza con l'aiuto di Computer-Aided-Engineering (CAE). D'altra parte, i modelli matematici semplificano l'intera analisi del crash e riducono molto tempo e denaro. Precedentemente, sono state condotte molte inchieste su questo tema su cui questa tesi fornirà una visione. L'obiettivo principale di questa tesi è quello di modellare un'auto con le caratteristiche di interazione pneumatico-strada appropriate e simulare l'incidente frontale su diverse condizioni stradali e stimare i parametri di collisione con la differenza identificata. Viene presentata una panoramica del pneumatico e delle sue forze di contatto che influiscono sulla manovrabilità del veicolo in generale e studiano anche l'effetto di questi in scenari di crash. La modellazione FEM e la simulazione di diversi scenari di crash con l'effetto delle interazioni gomma-strada vengono eseguite ed elaborate utilizzando il software Abaqus. Il modello utilizzato è Honda Accord ottenuto dal database NCAP e le informazioni sul veicolo sono fornite da NHTSA. Gli strumenti di elaborazione dei dati di crash stanno migliorando al giorno d'oggi e il loro corretto utilizzo aiuterà ad acquisire dati precisi. L'elaborazione degli impulsi di crash è anche un argomento importante trattato in questo lavoro di tesi e facendo uso di molti strumenti di elaborazione del segnale come Empirical Mode Decomposition (EMD), Wavelet Transform e Bandlimited Multiple Fourier Linear Combiner (BMFLC) per differenziare e identificare le caratteristiche di un segnale, i loro vantaggi e le loro proprietà uniche sono identificati. Vengono inoltre discussi metodi di integrazione per ridurre efficacemente la deriva nel segnale e vengono forniti risultati affidabili. Questo lavoro di tesi illustra anche Lumped Parameter Modeling (LPM) e la procedura per la modellazione matematica è illustrata in dettaglio. Viene identificato il modello matematico più efficiente e vengono stimati i parametri di crash, che vengono quindi confrontati per diverse simulazioni. Vengono inoltre discussi futuri miglioramenti nel campo della modellizzazione matematica proponendo un modello più dettagliato e accurato. In una nota conclusiva, questo lavoro di tesi affonda le radici più profondamente sul concetto di crash-worthiness e spiega lo scopo dell'utilizzo di CAE, modellizzazione matematica e vari strumenti di elaborazione del segnale. Questa dissertazione sottolinea anche il fatto che la sicurezza dei veicoli garantisce la sicurezza umana e quindi la verifica dei dati ottenuti è importante.