汽車碰撞中影響假人膝部滑移量的因素分析

龔 禹

華晨汽車工程研究院（沈陽 110034）

隨著汽車安全技術(shù)的提高，正面碰撞中乘員上肢受到嚴(yán)重傷害的概率明顯降低，乘員下肢的傷害問題隨之顯現(xiàn)出來，假人膝部滑移量是評判100%正面碰撞和 40%偏置碰撞中人體大腿損傷的重要性能指標(biāo)之一，目前的 C-NCAP也要求在前碰撞中對假人膝部滑移量進(jìn)行評價，相對于大腿壓縮力，膝部滑移量更易造成大腿失分。對于各類小型乘用車， 有限的腿部運動空間和碰撞中的減速曲線導(dǎo)致腿部失分增多。本文基于X項目對假人的膝部滑移量影響因素進(jìn)行分析，并應(yīng)用 MADYMO分析工具進(jìn)行基礎(chǔ)碰撞分析，以發(fā)現(xiàn)各種因素對膝部滑移量的影響效果，在此基礎(chǔ)上提出了降低膝部滑移量的工程更改方法，并在實車碰撞中進(jìn)行了優(yōu)化驗證。

碰撞試驗數(shù)據(jù)顯示大腿部位的得分與目標(biāo)值存在一定的差距，突出問題為膝部滑移量偏大，分析其原因有二，①在現(xiàn)有膝部空間已定的前提下，雨傘盒造型、雨傘盒支架及其支架前方風(fēng)機布置，導(dǎo)致小腿在碰撞中受力偏大，導(dǎo)致失分；②座椅的系統(tǒng)剛度較小，導(dǎo)致在碰撞中假人出現(xiàn)下潛姿態(tài)，導(dǎo)致膝部滑移量增大導(dǎo)致失分。從膝部滑移量傷害機理，針對于雨傘盒造型、支架以及座椅系統(tǒng)剛度進(jìn)行 MADYMO仿真、分析及優(yōu)化，提出工程解決方案并在實車驗證中得以驗證。

人體膝部韌帶和肌腱受到過度拉伸會拉傷或撕裂，最大位移傷害準(zhǔn)則應(yīng)用在該部位，該準(zhǔn)則主要針對在碰撞中膝蓋和小腿上部與護(hù)膝板的作用，作用力導(dǎo)致小腿上部與大腿出現(xiàn)相對剪切運動，此運動對膝蓋位置的十字交叉韌帶產(chǎn)生拉伸作用，可能會導(dǎo)致韌帶受損或撕裂，為了仿真模擬傷害機制，使用橡膠塊來控制膝蓋滑移特性，使用線性電位計來測量膝部滑移量，在MADYMO軟件中，模擬小腿與大腿相對運動所使用的鉸為轉(zhuǎn)動滑移鉸。

通過分析人體膝部結(jié)構(gòu)，了解試驗用HybridⅢ50%假人膝部傳感器工作原理，從而明確影響膝部滑移量的條件，通過使用 MADYMO假人膝部滑移量仿真，分析出當(dāng)前影響膝部滑移量的原因，從而明確優(yōu)化目標(biāo)。

座椅系統(tǒng)的剛度會影響碰撞中假人的運動姿態(tài)，剛度偏小會使假人出現(xiàn)下潛運動姿態(tài)，往往會造成膝部滑移量增大，采用CAE仿真進(jìn)行座椅系統(tǒng)剛度對假人右腿膝部滑移量影響分析，仿真中通過對座椅坐墊的剛度進(jìn)行縮放以對座椅系統(tǒng)剛度進(jìn)行調(diào)整，座椅在碰撞過程中的整體下塌運動等均以此為代表。

當(dāng)座椅系統(tǒng)剛度較小時，假人同一時刻出現(xiàn)下潛姿態(tài)，從而導(dǎo)致膝部位移量出現(xiàn)增大趨勢。

由臺車試驗可以看到，當(dāng)采用較弱的座椅結(jié)構(gòu)時候，座椅下塌較為嚴(yán)重，座椅結(jié)構(gòu)較強，下塌量相對較小，為了得到數(shù)據(jù)支持，在座椅加強前后通過采集坐盆不同位置的加速度，加以積分得到位移，從而獲得以下位移比較，前端的傳感器所采集得到的位移在座椅加強前后并無明顯區(qū)別。

由仿真分析結(jié)果可知，下塌較大時其膝部滑移量較大，加強后的座椅對膝部滑移量減小有很大好處。

通過仿真結(jié)果和實車試驗數(shù)據(jù)可知，儀表板下護(hù)板的造型及內(nèi)部結(jié)構(gòu)對假人膝部滑移量有很重要的影響，當(dāng)采用較強的雨傘盒支架或雨傘盒造型會導(dǎo)致假人有較大的膝部滑移量；同時，座椅系統(tǒng)剛度會影響假人在碰撞中的運動姿態(tài)，進(jìn)而影響假人的膝部滑移量，所以控制假人小腿前方空間及儀表板下護(hù)板的造型和剛度以及座椅系統(tǒng)剛度會對假人膝部滑移量有較好的控制。

[1]RogerP.Danie,Dearbor,Mich.FORCE-INDICATINGDU MMYLEGS:US,288,873[P/OL].1987(7).