對某車型兩種側(cè)面撞柱試驗假人傷害研究

商恩義，侯福震，師玉濤，楊勁松

（長城汽車股份有限公司技術(shù)中心,河北省汽車工程技術(shù)研究中心, 河北，保定 071000）

在《聯(lián)邦機動車輛安全標準：No.214側(cè)面碰撞保護（FMVSS 214）》和《歐洲新車評價規(guī)程（E-NCAP）》（2013版）中，都規(guī)定有側(cè)面撞柱試驗，但兩種試驗條件有所不同[1-2]。FMVSS214側(cè)面撞柱試驗規(guī)定假人頭部重心在側(cè)面柱縱向中心平面上；試驗車輛的縱向中心平面與側(cè)面柱縱向中心平面夾角在75°±3°范圍內(nèi)，試驗假人為SIDⅡs或ES-2re（圖1）。當前E-NCAP側(cè)面撞柱試驗規(guī)定：假人頭部重心在側(cè)面柱縱向中心平面上；試驗車輛的縱向中心平面與側(cè)面柱縱向中心平面夾角在90°±3°范圍內(nèi)，試驗假人為ES-2型。

另外，歐盟規(guī)劃在2015年以后，在E-NCAP中規(guī)定的側(cè)面撞柱試驗形式向FMVSS 214靠攏，即碰撞形式將改為與美國標準一致，但假人考慮采用WorldSID假人[3]。

基于此，在某L車型開發(fā)過程中，按FMVSS214中側(cè)面撞柱試驗形式進行了試驗1，按E-NCAP中側(cè)面撞柱試驗形式進行了試驗2，對兩種碰撞形式下的假人傷害情況進行了先期研究。為了便于對假人安全性進行對比評價，兩次試驗中，統(tǒng)一使用ES-2型假人。

1 兩種側(cè)面撞柱侵入角度差異影響

兩種碰撞試驗，由于車輛碰撞角度存在差異，且均要求假人頭部重心在側(cè)面柱縱向中心平面上，則車輛側(cè)面與柱壁障的最初接觸位置存在著一定的差異。就L型車而言，試驗1比試驗2碰撞位置靠前115 mm；相對試驗2，試驗1中柱壁障斜向侵入。

為了分析兩種碰撞形式下車輛變形過程的差異，試驗中，分別在中央通道中部位置采集了x向和y向加速度。兩次試驗，車輛與假人坐標均定義為前后為x向，向前為正；左右為y向，向右為正[4]。兩次試驗中中央通道中部加速度比較如圖3所示。

圖3中，兩種碰撞形式下，主要變形方向y方向的表現(xiàn)基本一致，但x方向兩種碰撞形式在30～60 ms間差異明顯。兩次試驗中，x的幅值雖然差別不大，但方向相反，反映了車身在x向變形傳力方向的差異及假人側(cè)面受力來源方向的不同。

2 碰撞過程中假人側(cè)向運動分析

側(cè)面碰撞中，假人初始側(cè)向宏觀運動姿態(tài)將影響假人各部位與車內(nèi)側(cè)面碰撞時序差異；假人與車內(nèi)飾碰撞后側(cè)面微觀運動姿態(tài)反映著假人側(cè)向上、中、下不同部位的碰撞強度，因此，對不同碰撞形式下假人傷害的分析離不開對試驗中假人側(cè)向運動姿態(tài)的分析。

2.1 ES-2假人肋骨架結(jié)構(gòu)

在側(cè)面碰撞試驗中，為了收集前排假人各部位在碰撞過程中的受力、變形等信息，在假人身上要布置大量的傳感器，如頭部、T1、肋骨、T12和骨盆幾個位置的加速度a、肋骨變形量D、背板力Fy、腹部力F、恥骨力Fp等，ES-2型假人結(jié)構(gòu)及主要傳感器位置如圖4所示[5]。

圖4中，肋骨分上、中、下3根，測量結(jié)果可分別用角標u、m、w表示；腹部力分前、中、后3個測量位置，測量結(jié)果分別用角標f、m、r表示。

2.2 背板力曲線比較分析

圖4中，背板力傳感器位于假人背部與座椅靠背之間，寬度不大，外面由相對較寬塑料板包裹。對于背板力Fy，其測量的是背板橫向受力情況，實際上測量的是假人與座椅靠背間橫向相對運動的摩擦力，反映著碰撞過程中假人碰撞側(cè)面與座椅碰撞側(cè)面的受力情況。

將試驗1和試驗2中的兩假人背板力曲線繪于圖5中。

圖5中，試驗1中背板力F1y全程為正值，表明全程以座椅靠背向非碰撞側(cè)傾斜為主；試驗2中背板力F2y曲線整個過程表現(xiàn)為先負后正再負，表明在碰撞初期，假人有向碰撞側(cè)傾斜過程，而后隨著碰撞的深入，以座椅靠背帶動假人向非碰撞側(cè)傾斜為主，碰撞后期假人快速回彈。綜合分析兩次試驗中背板力曲線，試驗1中反映出在碰撞力來自側(cè)前方的情況下，假人幾乎不發(fā)生向碰撞側(cè)傾斜晃動，而試驗2中有明顯發(fā)生。另外，借助高速攝像結(jié)果分析，高速攝像圖像進一步確認了該分析結(jié)果。

2.3 基于假人軀干上、中、下位置加速度曲線比較分析

在側(cè)面撞柱過程中，假人側(cè)面各部位傷害與假人側(cè)面上、中、下各部分運動和受力情況密不可分。假人側(cè)面T1（胸椎上端）、T12（胸椎下端）和骨盆3個位置的加速度反映著假人側(cè)面不同部位的受力情況。

將試驗1和試驗2中的兩假人T1、T12和骨盆3個位置y向加速度曲線繪于圖6中。

圖6中，試驗1中假人側(cè)面碰撞接觸時刻由下至上層次分明，碰撞強度差別明顯，最下端骨盆的加速度出現(xiàn)時刻最早，幅值最大；最上端T1加速度出現(xiàn)最晚，幅值最小。而試驗2中，假人側(cè)面碰撞接觸依然由下至上但差別較小，幅值差別不明顯。由兩次碰撞試驗比較可知，試驗2中各部位碰撞前期接觸強度略強于試驗1，但總體強度略低。

3 碰撞過程中假人側(cè)向受力分析

在側(cè)面撞柱試驗中，假人胸部和腹部是兩個主要的評價部位，該部位的傷害情況是不同碰撞形式下的關(guān)注重點。對于胸部，在受外力撞擊的情況下，其受力損傷主要反映在肋骨變形上，因此，胸部主要通過上、中、下3根肋骨（圖4）的變形量進行評價，取其中最大值進行評分。對于腹部，則通過位于腹部前、中、后3個位置的力傳感器測量值進行評價，取3個測量值之和進行評分。

3.1 基于肋骨變形量對比分析

將試驗1和試驗2中的兩假人肋骨變形量D曲線繪于圖7中。

圖7中，兩次試驗假人肋骨接觸時刻基本相同，曲線整體趨勢相近，但試驗1中假人肋骨的變形速度趨緩，幅值偏小。也就是說，相對試驗2而言，試驗1中內(nèi)飾板y向侵入的速度偏慢，強度偏低。

3.2 腹部力對比分析

將試驗1和試驗2中的兩假人腹部受力曲線繪于圖8中。

圖8中，兩次試驗假人受力曲線在約38 ms之前基本相同，38 ms之后，試驗1中3條腹部力曲線發(fā)生突變，幅值瞬間上升為原來的2倍左右。在受力的強度次序上，試驗1為中間最強，前端最弱；試驗2為前端最強，后端最弱。換言之，試驗1的中、后方碰撞強度最強；試驗2的中、前方碰撞強度最強。

結(jié)合碰撞過程中假人腹部與門內(nèi)飾板、側(cè)氣囊、座椅側(cè)翼間的關(guān)系進行分析，兩次試驗后腹部接觸情況如圖9和圖10所示。

兩圖中，側(cè)撞假人腹部正好對應(yīng)門內(nèi)飾板上凸出的扶手位置，碰撞過程中，門內(nèi)飾板的侵入程度將對腹部力產(chǎn)生較大影響。試驗1中的座椅側(cè)翼翻轉(zhuǎn)較小，腹部接觸印跡基本都在側(cè)氣囊上；試驗2中的座椅側(cè)翼翻轉(zhuǎn)較多，腹部接觸印跡主要在座椅側(cè)翼上。

上述碰撞結(jié)果表明，F(xiàn)MVSS214標準下的側(cè)面撞柱試驗，相對E-NCAP標準下的側(cè)面撞柱試驗而言，其碰撞點靠前，座椅側(cè)翼緩沖作用減小，因此，對腹部位置的側(cè)氣囊剛度要求更高——氣囊在該位置更易發(fā)生觸底。試驗1中38 ms之后腹部力曲線的突變便為發(fā)生觸底結(jié)果。

4 討論

由試驗1和試驗2兩次碰撞試驗中假人背板力的反應(yīng)和假人軀干上、中、下加速度的反應(yīng)可知，與E-NCAP中側(cè)面撞柱試驗相比，F(xiàn)MVSS214側(cè)面撞柱試驗中，假人無向碰撞側(cè)傾斜現(xiàn)象，碰撞過程中的接觸為由下至上先后接觸，且接觸時刻略晚于E-NCAP中的側(cè)面撞柱試驗；兩次碰撞試驗中的胸部和腹部受力， FMVSS214側(cè)面撞柱試驗中假人胸部受力偏小、偏晚；假人腹部受力偏后、偏強。

綜合分析，在FMVSS214的側(cè)面撞柱試驗中，柱壁障對座椅側(cè)前方形成擠壓，將門內(nèi)飾板向側(cè)后方推入。整個過程中，對假人形成擠壓側(cè)推，最終產(chǎn)生單方向背板力Fy，加速度時序上先下后上，在撞擊力和表現(xiàn)上，腹部受力偏強，胸部受力偏弱。

5 結(jié)論

通過對FMVSS214和E-NCAP中側(cè)撞柱試驗的比對研究，對于柱壁障，前者從車輛碰撞側(cè)偏前位置斜向侵入，后者從碰撞側(cè)垂直侵入，兩種碰撞試驗中柱壁障侵入方式的差異，最終將造成如下結(jié)果：FMVSS214側(cè)面撞柱試驗中，假人向碰撞側(cè)傾斜不明顯，隨門內(nèi)飾板侵入，上半身受力時序依次為身體的上、中、下。該試驗下座椅側(cè)翼阻尼作用小，側(cè)面安全氣囊腹部位置易發(fā)生觸底；E-NCAP側(cè)面撞柱試驗中，假人上半身有明顯向碰撞側(cè)傾斜現(xiàn)象，在上半身受力方面，上、中、下位置接觸時間比較接近。對于腹部，座椅側(cè)翼能起到一定的保護作用。試驗結(jié)果表明，與當前實施的E-NCAP相比，在用ES2型假人進行碰撞時，F(xiàn)MVSS214試驗中假人胸部傷害相對偏小，腹部傷害相對偏大；在2015版E-NCAP側(cè)面撞柱試驗調(diào)整方案實施情況下，約束系統(tǒng)開發(fā)需要提高對腹部的保護作用。

References)

[1]European New Car Assessment Program：Pole Side Impact Testing Protocol (Version5.2， November 2011) [S/OL]. [2014-5-4]. http// www. euroncap.com.

[2]U.S. Department of Transportation，F(xiàn)MVSS NO.214，Dynamic Side Impact Protection-Rigid Pole Side Impact Test Requirements(TP-214P-01，September 2012) [S].USA Washington：SAE，2012.

[3]Euro-NCAP Rating Review Report from the Rating Group(January 2012) [S/OL]. [2014-4-30]. http// www.euroncap.com.

[4]USA Society of Automotive Engineers (USA SAE). SAE J211-1：Instrumentation for Impact Test-Part1-Electronic Instrumentation，REV.MAR95 [S].USA：SAE，2003.

[5]Humanetics Innovative Solutions，User's Manual for EuroSID-2 50th Percentile Side Impact Crash Test Dummy(January 2007) [S/OL]. [2014-5-11]. http://www. humaneticsatd.com.