正碰假人胸部傷害值與安全帶力值分析

田威，李君

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正碰假人胸部傷害值與安全帶力值分析

田威，李君

（中國(guó)汽車(chē)技術(shù)研究中心有限公司，天津 300300）

通過(guò)2018版C-NCAP 10款車(chē)型正面碰撞試驗(yàn)前排主駕假人的數(shù)據(jù)分析得知，安全帶的力值與假人胸部壓縮量存在較大的相關(guān)性，主要將安全帶分兩部分考慮，從肩帶力值與腰帶力值入手分析，具體分析了在正面碰撞過(guò)程中肩帶力值和腰帶力值與假人胸部壓縮量的關(guān)系，同時(shí)結(jié)合肩帶力值與腰帶力值的對(duì)比，得出了在正面碰撞試驗(yàn)過(guò)程中可以考慮減小腰帶力值改善假人胸部壓縮量值，從而更好地保護(hù)乘員。

C-NCAP；肩帶力值；腰帶力值；胸部壓縮量

2018-07-01起，《中國(guó)新車(chē)評(píng)價(jià)規(guī)程管理規(guī)則（2018版）》開(kāi)始正式實(shí)施。與2015版相比，新版評(píng)價(jià)規(guī)程規(guī)則增加了相關(guān)方面的評(píng)價(jià)試驗(yàn)，對(duì)車(chē)輛安全性能提出更高的要求，假人的傷害值最能體現(xiàn)真實(shí)車(chē)輛碰撞情況下車(chē)輛對(duì)人的保護(hù)等級(jí)，作為前排假人，胸部壓縮量這一指標(biāo)是體現(xiàn)胸部傷害高低的參數(shù)，同時(shí)，作為易失分項(xiàng)，不得不對(duì)胸部壓縮量進(jìn)行更為細(xì)致、審慎的研究。

2018版C-NCAP與2015版C-NCAP相比，胸部得分均占了很大的分?jǐn)?shù)（5分），不同的是得分率作為了2018版C-NCAP的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[1]。在2018版C-NCAP正面碰撞中，胸部部位評(píng)分通過(guò)測(cè)量假人相關(guān)指標(biāo)產(chǎn)生，最高得分為5分，其評(píng)價(jià)指標(biāo)包括壓縮變形量和粘性指數(shù)，通過(guò)大量的碰撞數(shù)據(jù)顯示，粘性指數(shù)基本都是GOOD，所以，本文主要從胸部的壓縮變形量入手分析胸部的傷害。

胸部的高性能限值為胸部壓縮變形量為22 mm，低性能限值為胸部壓縮變形量為50 mm，即胸部壓縮變形量小于22 mm則可以得到GOOD的評(píng)價(jià)即5分的加分，處于兩者之間的胸部壓縮變形量采用線性插值的辦法計(jì)算得出不同的得分及相應(yīng)評(píng)級(jí)，相應(yīng)的評(píng)級(jí)對(duì)應(yīng)不同的分?jǐn)?shù)，評(píng)級(jí)由好到差分別為GOOD、ADEQUATE、MARGINAL、WEAK。對(duì)于正面碰撞試驗(yàn)而言，前排假人的胸部得分率還是比較低的。胸部失分因素很多，比如安全帶的高調(diào)位置、安全帶的預(yù)緊限力、假人姿態(tài)等，基于試驗(yàn)車(chē)輛均為暢銷(xiāo)車(chē)型，很多設(shè)計(jì)因素均不能發(fā)生改變，本文對(duì)于以上因素忽略，主要對(duì)安全帶的力值進(jìn)行詳盡分析。

1 前排假人胸部得分情況

2018版管理規(guī)則實(shí)施以來(lái)，中國(guó)汽車(chē)技術(shù)研究中心有限公司已進(jìn)行了數(shù)十款車(chē)的碰撞試驗(yàn)。為了研究正面碰撞前排假人的胸部得分情況與安全帶力值之間的關(guān)系，本文收集了十款車(chē)的前排假人胸部壓縮變形量結(jié)果與安全帶值進(jìn)行對(duì)比分析。對(duì)比分析的前提為假人均為標(biāo)定過(guò)的50百分位的正碰前排假人，假人的H點(diǎn)設(shè)計(jì)值及其安全帶的高調(diào)位置均為每一款車(chē)的設(shè)計(jì)值。同時(shí)，需要指出的是，本文研究的內(nèi)容均為正碰前排主駕假人的胸部壓縮量，這是由于這十款車(chē)型前排副駕假人的胸部壓縮量均要小于主駕，在C-NCAP中指出前排得分情況按照得分低的一側(cè)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

通過(guò)十款車(chē)的正面碰撞試驗(yàn)可以得出十款車(chē)輛前排主駕假人在碰撞過(guò)程中胸部壓縮量的最大值及其相應(yīng)的得分情況，如表1所示。

表1 碰撞過(guò)程中胸部壓縮量的最大值及其相應(yīng)的得分情況

車(chē)型胸部壓縮量/mm得分 122.24.96 238.52.05 325.34.41 424.64.54 533.23 630.23.54 724.94.48 825.44.39 923.54.73 1041.71.48

通過(guò)表1可以看出，正碰碰撞前排假人胸部得分集中在3.5～4.5分，沒(méi)有能夠得到GOOD評(píng)級(jí)的，能夠得到ADEQUATE評(píng)級(jí)的有7款，能夠得到MARGINAL評(píng)級(jí)的有兩款車(chē)型，分別為第2款和第5款，能夠得到WEAK評(píng)級(jí)的有1款車(chē)型為第10款，大部分集中在評(píng)級(jí)的第二檔，得分率不高，胸部壓縮量偏高。

通過(guò)正碰碰撞試驗(yàn)前排主駕假人安全帶肩部和腰部的力傳感器分析出不同碰撞時(shí)刻的力值的大小，現(xiàn)在考慮在正面碰撞過(guò)程中主駕安全帶的肩部受力與腰部受力為最大值的出現(xiàn)時(shí)刻，如表2所示。

表2 主駕安全帶的肩部受力與腰部受力為最大值及其出現(xiàn)

車(chē)型12345678910 S-MAX/kN3.64.24.83.64.64.43.93.53.84.8 T1/ms75.23686.137.754.138.337.733.449.475.3 L-MAX/kN7.38.85.49.25.78.69.177.710.8 T2/ms63.557.466.361.666.661.859.862.365.863 胸壓量/mm22.238.525.324.633.230.224.925.423.541.7 評(píng)級(jí)ADEMARADEADEMARADEADEADEADEWEAK

表2中顯示了10次正面碰撞試驗(yàn)的數(shù)據(jù)，S-MAX為正碰試驗(yàn)肩部力的最大值，T1為S-MAX出現(xiàn)的時(shí)刻，L-MAX為正碰試驗(yàn)腰部力的最大值，L-MAX為正碰試驗(yàn)腰部力的最大值，胸壓量為正碰試驗(yàn)的最大壓縮量值，評(píng)級(jí)為正碰試驗(yàn)的得分評(píng)級(jí)。通過(guò)表1和表2可以看出，碰撞過(guò)程中安全帶肩部力值和腰部力值均在一個(gè)量級(jí)范圍內(nèi)，不同之處是安全帶肩部力值和腰部力值出現(xiàn)的時(shí)刻及大小有差別，胸部得分比較低。通過(guò)S-MAX、L-MAX與對(duì)應(yīng)時(shí)刻T1、T2的關(guān)系，可以得出各款車(chē)型不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)導(dǎo)致出現(xiàn)的最值時(shí)刻不盡相同，差異性較大；通過(guò)S-MAX、L-MAX的對(duì)比，可以看出十款車(chē)型的胸部壓縮量與最值關(guān)系不大。

2 前排假人肩帶力的分析

假人胸部壓縮量涉及到假人胸部剛度，在正面碰撞試驗(yàn)中，安全帶作用下產(chǎn)生的剛度與安全帶和假人胸部的接觸方式有關(guān)，胸部上方（肩部）接觸為主剛度較強(qiáng)，胸部下方（肋骨架下沿）接觸為主剛度較小[2]。胸部上方接觸產(chǎn)生力的大小通過(guò)碰撞過(guò)程中肩帶力可以體現(xiàn)出來(lái)，在10次正面碰撞過(guò)程中，肩帶力與時(shí)間的關(guān)系如下圖1所示。

通過(guò)圖1看出，10次碰撞試驗(yàn)中前排假人肩帶力值的峰值分別為：3.5 kN、4.2 kN、4.6 kN、3.5 kN、4.5 kN、4.1 kN、3.7 kN、3.4 kN、3.8 kN、4.7 kN，肩帶力值最大值均小于5 kN，碰撞時(shí)刻基本發(fā)生在0～150 ms的過(guò)程中，肩帶力在中間一段時(shí)間內(nèi)基本保持穩(wěn)定波形，說(shuō)明安全帶采用了限力的結(jié)構(gòu)，采用了這種結(jié)構(gòu)可以使得肩帶力不會(huì)一直增大，假人胸部壓縮量因更大力擠壓而一直增大，對(duì)乘員起到了很好的保護(hù)作用。

3 前排假人腰部力的分析

胸部下方接觸產(chǎn)生力的大小通過(guò)碰撞過(guò)程中腰帶力可以體現(xiàn)出來(lái)，在10次正面碰撞過(guò)程中，腰部力與時(shí)間的關(guān)系如圖2所示。通過(guò)圖2看出，10次碰撞試驗(yàn)中前排假人腰帶力值的峰值分別為：7.1 kN、8.4 kN、4.9 kN、8.7 kN、5.3 kN、8.1 kN、8.7 kN、6.8 kN、7.3 kN、10.4 kN，腰帶力值最大值均小于10.5 kN，部分腰帶力峰值較大，在一定程度上不利于假人的胸部壓縮量的減小，碰撞時(shí)刻基本發(fā)生在0～150 ms的過(guò)程中，腰帶力在中間一段時(shí)間內(nèi)有一個(gè)峰值的出現(xiàn)，說(shuō)明安全帶基本沒(méi)有采用限力的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可能使假人胸部壓縮量一直增大而造成失分，各大主機(jī)廠可以考慮優(yōu)化腰帶部分的結(jié)構(gòu)以減少腰帶力值繼而改變假人的胸部壓縮量值。

4 肩部力與腰部力分析

這10次正面碰撞試驗(yàn)中，可以得出假人胸部壓縮量最大時(shí)的時(shí)刻及對(duì)應(yīng)的胸部壓縮量值，如表3所示，從表3中可以看出每次碰撞試驗(yàn)中的胸部壓縮量最大值出現(xiàn)的時(shí)刻不一樣，說(shuō)明不同車(chē)型有著不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及被動(dòng)安全邏輯，暫不考慮胸部壓縮量值最大時(shí)刻的原因。

表3 假人胸部壓縮量最大時(shí)的時(shí)刻及對(duì)應(yīng)的胸部壓縮量值

車(chē)型胸壓最大值時(shí)刻/ms胸壓量/mm 198.422.2 271.838.5 36625.3 480.924.6 車(chē)型胸壓最大值時(shí)刻/ms胸壓量/mm 510133.2 669.130.2 772.524.9 865.525.4 992.623.5 1072.641.7

假設(shè)人的肩部力與腰部力反映了肩部與腰部的力與時(shí)間的關(guān)系，將兩部分的力與時(shí)間的曲線合成后如圖3所示。

圖3 10次碰撞試驗(yàn)的前排主駕假人的肩部力與腰部力關(guān)系

通過(guò)圖3可以得出，胸壓量最大時(shí)刻均出現(xiàn)在腰帶力力值的下降通道中，此時(shí)應(yīng)該為胸部壓縮量增大時(shí)的最后時(shí)刻，之后胸部壓縮量變小。

肩帶力的峰值小于腰帶力的峰值，當(dāng)胸部壓縮量最大后，腰帶力處的力值減小而肩帶力處的力值基本不變，胸部壓縮量會(huì)變小，說(shuō)明此時(shí)肩帶力的大小的基本影響很小。通過(guò)車(chē)型2和車(chē)型4對(duì)比發(fā)現(xiàn)，同樣的腰帶力峰值而胸壓縮量差很多，說(shuō)明腰帶力的峰值對(duì)胸壓縮量結(jié)果的影響比較小，同時(shí)可以發(fā)現(xiàn)5的腰帶力峰值較小但胸壓縮量壓縮量較大。綜上所述，肩帶力的峰值一般要小于腰帶力的峰值，腰帶力的峰值大小對(duì)胸部壓縮量影響較小，同時(shí)，想要減小胸部壓縮量的最大值，可以考慮在碰撞過(guò)程中減小腰帶力的大小。

5 結(jié)論

本文通過(guò)10次正面碰撞前排假人的胸部壓縮量值與安全帶力值的關(guān)系進(jìn)行了較為詳細(xì)的分析，而安全帶力值主要從兩個(gè)方面進(jìn)行了討論。從碰撞結(jié)果曲線中分析發(fā)現(xiàn)，肩帶力值會(huì)有一段相對(duì)穩(wěn)定的時(shí)間段，而腰帶力值則會(huì)出現(xiàn)波峰及最大值，這主要取決于當(dāng)下車(chē)輛的安全帶配置，安全帶力值波形可以準(zhǔn)確地反映碰撞過(guò)程。肩帶力值與腰帶力值進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，胸部壓縮量的峰值均出現(xiàn)在腰帶力峰值之后，而此時(shí)肩帶力值變化不大，說(shuō)明了胸部壓縮量的最大值與腰帶力相關(guān)性較大，可以考慮在碰撞過(guò)程中減小腰帶力值進(jìn)而減小胸部壓縮量值，進(jìn)而在胸部得到更高的評(píng)分。

［1］中國(guó)汽車(chē)技術(shù)研究中心. C-NCAP管理規(guī)則（2018年版）［S］.天津：中國(guó)汽車(chē)技術(shù)研究中心有限公司，2018.

［2］商恩義.基于女性假人胸部傷害的后排安全帶固定點(diǎn)位置［J］.上海：上海電機(jī)學(xué)院學(xué)報(bào)，2017（04）.

2095－6835（2019）07－0046－03

U467.14

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.07.046

田威（1990—），男，研究方向?yàn)檐?chē)輛碰撞試驗(yàn)研究。李君（1990—），男，研究方向?yàn)檐?chē)輛碰撞試驗(yàn)研究。

〔編輯：張思楠〕