18°角碰撞工況中不同體位假人損傷研究

武永強(qiáng) 叢艷軍 鄭玉玉

摘要：角度碰撞是一種發(fā)生率極高的道路交通事故類(lèi)型，但目前汽車(chē)領(lǐng)域針對(duì)帶有角度碰撞的標(biāo)準(zhǔn)很少，僅GB 11552-2009《乘用車(chē)內(nèi)部凸出物》中涉及角度，也只是驗(yàn)證碰撞中假人頭部是否與儀表板發(fā)生接觸，并不考核假人其他部位及損傷。本文依托于內(nèi)凸試驗(yàn)18°滑臺(tái)碰撞工況平臺(tái)，通過(guò)試驗(yàn)的方法，探究不同體位假人的損傷特性。結(jié)果顯示：5th假人胸部損傷指標(biāo)最大;50th假人右大腿力損傷值最大;95th假人的左大腿力損傷值最大。結(jié)果表明碰撞過(guò)程中，不同體位的假人均受到不同程度的損傷。試驗(yàn)結(jié)果為標(biāo)準(zhǔn)GB 11552-2009《乘用車(chē)內(nèi)部凸出物》的修訂提供了假人損傷數(shù)據(jù)支撐。

關(guān)鍵詞：角度碰撞;滑臺(tái)試驗(yàn);不同體位;假人損傷

中圖分類(lèi)號(hào)：U467.5

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0引言

真實(shí)的道路交通事故中，兩車(chē)的碰撞方向通常會(huì)有一定的夾角。根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，帶有角度的碰撞交通事故發(fā)生率占汽車(chē)正面碰撞的80%左右[1-2]。但目前汽車(chē)碰撞安全領(lǐng)域內(nèi)針對(duì)有關(guān)角度碰撞的標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)還不多。目前，國(guó)內(nèi)外有關(guān)汽車(chē)正面碰撞標(biāo)準(zhǔn)中僅《乘用車(chē)內(nèi)部凸出物》中提到角度碰撞[3]，但只驗(yàn)證碰撞過(guò)程中假人頭部與儀表板是否發(fā)生接觸。

蘭州交通大學(xué)牛衛(wèi)中等人通過(guò)有限元模型仿真手段研究了某SUV在小重疊正面斜角碰撞工況中車(chē)體耐撞性的影響因素[4];湖南大學(xué)曹立波、張萍和劉優(yōu)寶等人主要是通過(guò)有限元模型仿真模擬了車(chē)與車(chē)發(fā)生斜角碰撞的情況，模擬結(jié)果驗(yàn)證了在斜角碰撞工況中，假人損傷不容忽視[5-8]。綜上，現(xiàn)有的少量研究也主要是通過(guò)仿真的手段對(duì)《GB11552-2009乘用車(chē)內(nèi)部凸出物》中的試驗(yàn)工況進(jìn)行模擬，缺乏真實(shí)可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)支撐。

本文依托于內(nèi)凸試驗(yàn)18°滑臺(tái)碰撞試驗(yàn)工況平臺(tái)，分別以5th、50th和95th假人為研究對(duì)象，通過(guò)加速式滑臺(tái)碰撞試驗(yàn)方法來(lái)進(jìn)一步探究，不同體位假人在相同角度碰撞工況中的各部位損傷特性及其關(guān)聯(lián)關(guān)系，這對(duì)于完善《GB 11552-2009乘用車(chē)內(nèi)部凸出物》及降低交通事故中乘員傷亡率具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1試驗(yàn)結(jié)果分析

本文試驗(yàn)以假人頭部、胸部和腿部損傷指標(biāo)來(lái)表征碰撞事故中，駕駛員的上半身和下肢的損傷情況。為了準(zhǔn)確表征出不同體位假人的損傷特性及差異，以多次試驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，取其平均值。試驗(yàn)結(jié)果如圖1和圖2所示。

1.1頭部損傷

頭部3ms合成加速度是表征頭部傷害程度的主要指標(biāo)之一。圖1表明3種假人頭部3ms合成加速度最大值相差不大，分別為47.43g、49.69g和47.34g，表明假人頭部受到損傷沖擊程度基本一致。圖中還顯示3種假人頭部開(kāi)始出現(xiàn)加速度的時(shí)刻不同，5th假人出現(xiàn)加速度的時(shí)刻最早，95th假人最晚。由于5th假人相對(duì)最小，一般將座椅調(diào)至最前最上的位置，假人頭部與方向盤(pán)間的距離比較近，因此在碰撞過(guò)程中其頭部與氣囊接觸的時(shí)間要早于50th假人和95th假人。5th假人頭部與氣囊在48.9ms時(shí)發(fā)生接觸，但此時(shí)氣囊還未完全展開(kāi)，隨后在頭部慣性力和氣囊的反作用力共同作用下，頭部加速度達(dá)到相對(duì)的平衡，直至氣囊開(kāi)始泄氣。

1.2胸部損傷

胸部壓縮量是評(píng)價(jià)乘員胸部損傷程度的重要參考指標(biāo)。圖1顯示：5th假人最大，為50.25mm，50th假人最小為28.11mm。表明了在18°角度碰撞過(guò)程中，5th假人胸部受到損傷的風(fēng)險(xiǎn)更大。這是由于5th假人身材較小，在碰撞的初期，腰部安全帶緊緊將乘員束縛在座椅上，限制了假人軀干的運(yùn)動(dòng)。但假人頭部由于慣性，快速向前運(yùn)動(dòng)，造成胸部相對(duì)脊椎產(chǎn)生較大運(yùn)動(dòng)。

隨著碰撞過(guò)程進(jìn)行，較小的5th假人的胸部最早與方向盤(pán)發(fā)生二次接觸，隨后由于方向盤(pán)的擠壓，造成胸部壓縮量增加更為明顯。而50th假人和95th假人胸部壓縮量最大值基本相當(dāng)，只是95th假人的胸部壓縮量曲線(xiàn)比50th假人延遲。這是由于胸部受到阻礙產(chǎn)生較大的壓縮變形，而95th假人較大，試驗(yàn)時(shí)位置相對(duì)靠后，胸部與方向盤(pán)間的距離較大，即發(fā)生較大壓縮的時(shí)刻相對(duì)靠后。

1.3腿部損傷

由于在劇烈的碰撞過(guò)程中，腿部往往會(huì)和車(chē)內(nèi)儀表板發(fā)生二次撞擊。圖2顯示：95th假人的左大腿力傷害值大于5th假人和50th假人;50th假人的右大腿力傷害值大于5th假人和95th假人。這表明在18°碰撞工況中，95th假人的左大腿受到損傷的風(fēng)險(xiǎn)較大，而50th假人的右大腿受到損傷的風(fēng)險(xiǎn)較大。這是由于車(chē)身的縱向中心線(xiàn)與碰撞方向呈18°夾角，在碰撞過(guò)程中，假人向內(nèi)飾的中間移動(dòng)，由于95假人身體較重，慣性較大，且腿部運(yùn)動(dòng)空間有限，造成左腿膝部先與汽車(chē)內(nèi)飾發(fā)生二次碰撞，產(chǎn)生較大的撞擊力，消耗了大量的能量，大大緩沖了右腿的沖擊。

2結(jié)束語(yǔ)

（1）5th假人胸部損傷指標(biāo)高于50th假人和95th假人，表明事故中5th假人上半身受到損傷的風(fēng)險(xiǎn)更大。

（2）95th假人的左大腿損傷程度最大，50th假人右大腿損傷風(fēng)險(xiǎn)最大，表明事故中身材越大的乘員下肢發(fā)生損傷的風(fēng)險(xiǎn)更大。

（3）根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，建議GB 11552-2009《乘用車(chē)內(nèi)部凸出物》試驗(yàn)測(cè)評(píng)中也應(yīng)適度考量假人的胸部、腿部等損傷。

【參考文獻(xiàn)】

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[4]牛衛(wèi)中，許鵬善，劉金鑫.小重疊正面斜角碰撞工況對(duì)車(chē)體耐撞性的影響[J]。汽車(chē)安全與節(jié)能學(xué)報(bào)，2017，8（1）：53-58.

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[8]費(fèi)敬，陳可明，樂(lè)中耀，等.約束系統(tǒng)匹配對(duì)車(chē)-車(chē)斜角碰撞中駕駛員損傷影響[J].汽車(chē)工程學(xué)報(bào)，2014，4（5）：335-341.

作者簡(jiǎn)介：

武永強(qiáng)，工程師，工學(xué)碩士，研究方向?yàn)槠?chē)被動(dòng)安全。