基于汽車(chē)碰撞相容性的乘員損傷研究

逯艷博　馬偉杰　何成

摘 要：針對(duì)國(guó)內(nèi)以計(jì)算機(jī)仿真為主，本文采用全寬剛性壁障試驗(yàn)、全寬可變形壁障試驗(yàn)和移動(dòng)式漸變性可變形壁障試驗(yàn)對(duì)同一款車(chē)型開(kāi)展了三次正面碰撞兼容性試驗(yàn)。對(duì)比分析了車(chē)輛碰撞特性，采用假人損傷百分比對(duì)三個(gè)試驗(yàn)前排假人的動(dòng)態(tài)響應(yīng)差異進(jìn)行了詳細(xì)的分析。三次試驗(yàn)，主要是假人胸部和小腿出現(xiàn)扣分，且對(duì)駕駛員的傷害更為嚴(yán)重。本文進(jìn)行的正面碰撞兼容性試驗(yàn)?zāi)転槲覈?guó)碰撞兼容性試驗(yàn)法規(guī)的制定提供借鑒，同時(shí)為有限元仿真的驗(yàn)證提供有效的數(shù)據(jù)支持。

關(guān)鍵詞：碰撞相容性;全寬剛性壁障;全寬可變形壁障;移動(dòng)式漸變性可變形壁障

在被動(dòng)安全方向，人們更多地是關(guān)注汽車(chē)本身的耐撞性以及對(duì)自身乘員的保護(hù)[1][2]，所以碰撞兼容性并沒(méi)有取得進(jìn)展。直到20世紀(jì)90年代中期，汽車(chē)工業(yè)得到飛速發(fā)展，行駛在道路上的汽車(chē)多種多樣，交通事故引發(fā)的汽車(chē)碰撞的不兼容性顯得突出。此時(shí)，歐美各國(guó)才真正投入汽車(chē)碰撞兼容性的研究。1996年，美國(guó)國(guó)家公路交通安全署（NHTSA）才對(duì)汽車(chē)碰撞兼容性作出完整的定義[3]。自此以后，NHTSA啟動(dòng)了對(duì)汽車(chē)碰撞兼容性的一系列的調(diào)查和研究[4]。與此同時(shí)，歐洲和日本等地區(qū)和國(guó)家也這突出問(wèn)題進(jìn)行了探索和研究[5-9]。

如何合理地評(píng)價(jià)汽車(chē)碰撞兼容性，一直是碰撞兼容性問(wèn)題研究的熱點(diǎn)。近些年由多國(guó)研究機(jī)構(gòu)組成的正面碰撞及兼容性評(píng)價(jià)研究中心（FIMCAR）正在進(jìn)行兼容性評(píng)價(jià)法規(guī)的研究，旨在制定合理的評(píng)價(jià)法規(guī)[10]。本文采用實(shí)車(chē)碰撞的試驗(yàn)方法，對(duì)同一款車(chē)型，開(kāi)展全寬剛性壁障試驗(yàn)、全寬可變形壁障試驗(yàn)和移動(dòng)式漸變性可變形壁障試驗(yàn)，進(jìn)行汽車(chē)正面碰撞兼容性評(píng)價(jià)的探索，對(duì)比分析三種試驗(yàn)的優(yōu)缺點(diǎn)。

1 測(cè)試方法

本文綜合考慮目前主流的正面碰撞兼容性測(cè)試方法，選取了全寬剛性壁障（Full-Width rigid Barrier， FWRB）試驗(yàn)、全寬可變形壁障（Full-Width Deformable Barrier， FWDB）試驗(yàn)和移動(dòng)式漸變性可變形壁障（Moving Progressive Deformable Barrier， MPDB）試驗(yàn)三種試驗(yàn)方法對(duì)同一款車(chē)型進(jìn)行汽車(chē)正面碰撞兼容性測(cè)試研究，車(chē)輛的試驗(yàn)質(zhì)量相同，試驗(yàn)車(chē)輛的參數(shù)如表1。

2 假人損傷指標(biāo)分析

考慮到假人不同部位損傷限值差異較大，且評(píng)價(jià)指標(biāo)的物理量不盡相同，因此，分析三次試驗(yàn)中假人損傷百分比P來(lái)分析兩種假人的動(dòng)態(tài)響應(yīng)差異，即假人響應(yīng)值VR相對(duì)該部位高性能限值VH的百分比，計(jì)算公式如公式1所示。

（1）

三次試驗(yàn)方案在試驗(yàn)車(chē)輛駕駛員位置和第一排乘員位置分別放置了兩個(gè)HIII 50th男性假人，碰撞試驗(yàn)過(guò)程中進(jìn)行人體傷害分析。

FWRB、MPDB和FWDB駕駛員假人損傷分析如圖1所示，頭部HIC36和累計(jì)3ms加速度FWRB最小，其次是MPDB，F(xiàn)WDB造成的頭部損傷最為研究，而頸部伸張彎矩My的趨勢(shì)與頭部相反。其它評(píng)價(jià)部位指標(biāo)除小腿外，差異較小。MPDB試驗(yàn)所造成的脛骨指數(shù)幾乎是FWRB和FWDB的兩倍，脛骨軸向壓縮力趨勢(shì)與脛骨指數(shù)基本一致，只是對(duì)于本次試驗(yàn)來(lái)說(shuō)，MPDB所造成的脛骨指數(shù)損傷百分比高于脛骨軸向壓縮力。同時(shí)，F(xiàn)WRB的小腿損傷指標(biāo)脛骨指數(shù)和軸向壓縮力損傷百分比均大于FWDB試驗(yàn)。

頭部合成加速度如圖2，從圖中可以看出：FWRB試驗(yàn)的假人最先響應(yīng)，其次是MPDB試驗(yàn)，最晚響應(yīng)的是FWDB試驗(yàn)。3ms累積加速度和HIC36均是FWDB最大，MPDB次之，F(xiàn)WRB最小。

三個(gè)試驗(yàn)胸部壓縮量曲線(xiàn)如圖3，從圖中可以看出：FWRB試驗(yàn)的假人最先響應(yīng)，其次是MPDB試驗(yàn)，最晚響應(yīng)的是FWDB試驗(yàn)。胸部壓縮量最大的是FWDB，其次FWRB，最小的是MPDB。

三次試驗(yàn)駕駛員的右小腿傷害值均大于左小腿，三次試驗(yàn)的相應(yīng)曲線(xiàn)如圖4，MPDB的值比其他兩次試驗(yàn)大數(shù)倍，對(duì)小腿的傷害大。

前排乘員假人各部位損傷百分比如圖5，對(duì)于前排乘員假人損傷來(lái)說(shuō)，三次試驗(yàn)條件所導(dǎo)致的乘員損傷差異性較小。整體來(lái)看，F(xiàn)WDB所造成的乘員損傷最大，從假人上身評(píng)價(jià)指標(biāo)來(lái)看，F(xiàn)WRB試驗(yàn)與MPDB試驗(yàn)差異較小，同時(shí)，F(xiàn)WDB假人小腿脛骨軸向壓縮力損傷百分比遠(yuǎn)高于FWRB和MPDB試驗(yàn)結(jié)果。

三個(gè)試驗(yàn)胸部壓縮量曲線(xiàn)如圖6，從圖中可以看出：FWRB試驗(yàn)的假人最先響應(yīng)，其次是MPDB試驗(yàn)，最晚響應(yīng)的是FWDB試驗(yàn)。三次試驗(yàn)胸部壓縮量曲線(xiàn)形狀有較大差異，但最大壓縮量數(shù)值較為相似，且都明顯大于駕駛員的數(shù)值。

分析三次試驗(yàn)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)：FWRB和FWDB試驗(yàn)都是右腿TI值和Fz值較大，MPDB試驗(yàn)則左腿TI值較大，右腿Fz較大。各曲線(xiàn)如圖7。三次試驗(yàn)中FWDB試驗(yàn)假人的Fz最大，而Mx和My都是MPDB的值最大。

3 結(jié)論

基于三次測(cè)試方法評(píng)價(jià)限值不同，本文采用傷害值百分比進(jìn)行損傷對(duì)比。前排假人主要是胸部和小腿出現(xiàn)扣分。三次試驗(yàn)的胸部損傷百分比都比較接近，但乘員胸壓值大于駕駛員的胸壓值，出現(xiàn)扣分。駕駛員下小腿損傷百分比MPDB最大，F(xiàn)WRB次之，F(xiàn)WDB最小。乘員下小腿損傷百分比相對(duì)駕駛員較小，其中，MPDB和FWDB損傷百分比較大，F(xiàn)WRB較小。

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