基于側(cè)面可移動變形壁障碰撞與側(cè)面柱碰撞的假人損傷對比研究

王友俊　劉燦燦　閆肅軍

摘 要：為了研究側(cè)面可移動變形壁障碰撞（AE-MDB）與側(cè)面柱碰撞中假人損傷情況，本文選取同一純電動A級轎車，分別進行AE-MDB與側(cè)面柱碰撞試驗，對駕駛員位置的WorldSid假人的損傷情況進行對比研究。結(jié)果表明，側(cè)面柱碰撞中假人頭部損傷更大;但AE-MDB中假人的胸部肋骨壓縮量、腹部肋骨壓縮量、恥骨合力更大。同時，相比于側(cè)面柱碰試驗，AE-MDB試驗中假人損傷曲線更早達到峰值。

關(guān)鍵詞：側(cè)面可移動變形壁障碰撞 側(cè)面柱碰撞 假人損傷

1 前言

隨著人民生活水平的提高，汽車已經(jīng)逐步成為日常生活中的主要代步工具。而隨著汽車銷量的增加，汽車安全也成為人們考慮的主要問題。受制于以前的技術(shù)和成本，很多汽車設(shè)計開發(fā)時并沒有考慮到對乘員的保護，以至于早些年交通事故的死亡人數(shù)很高;隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，人類的保護意識提高，各個國家對于汽車的法規(guī)越來越多且越來越嚴苛，推動了汽車生產(chǎn)商對汽車安全的關(guān)注度，而乘員損傷情況能直接反映出汽車的安全性能，所以在汽車開發(fā)過程中會進行多次碰撞試驗來對乘員的損傷情況進行研究。

對AE-MDB以及側(cè)面柱碰試驗中假人損傷的研究很多。文獻[1]對側(cè)面碰撞中的乘員損傷以及防護措施進行了研究;文獻[2]對側(cè)面柱碰撞中的乘員損傷機理進行了仿真分析;文獻[3]是對40%重疊可變形壁障碰撞和側(cè)面碰撞試驗進行了對比研究。

本文基于Euro-NCAP中的側(cè)面碰撞試驗和側(cè)面柱碰撞試驗，對同一A級電動汽車進行了兩次試驗，對駕駛員位置的WorldSid假人的損傷進行了對比研究。

2 試驗方法

2.1 側(cè)面可移動變形壁障碰撞（AE-MDB）

AE-MDB試驗是Euro-NCAP試驗中一種重要的碰撞形式，如下圖1所示，它是模擬十字路口一輛車的車頭撞向另一輛車的駕駛員一側(cè);試驗臺車重1400kg，蜂窩鋁下邊沿高度距離地面300mm，臺車撞擊試驗車輛時的速度60km/h，臺車蜂窩鋁沿移動方向的中心線撞擊車輛R點向車輛后方250mm，誤差范圍前后±25mm，上下±25mm;試驗車輛駕駛員位置放置一個重75kg的WorldDID 50th男性假人，駕駛員后面放置一個重36kg的Q系列10歲兒童，乘員后面放置一個重23kg的Q系列6歲兒童。

2.2 側(cè)面柱碰撞

側(cè)面柱碰撞試驗是Euro-NCAP試驗中另一種重要的碰撞形式，如下圖2所示，試驗車輛駕駛員位置放置一個重75kg的WorldDID 50th男性假人，車輛放置在一個足夠大的滑行地板上，由牽引系統(tǒng)牽引滑行地板帶動車輛撞擊直徑254mm的剛性柱子，車輛的縱向與滑行地板的移動方向成75°夾角，碰撞時的速度達到32km/h，假人頭部質(zhì)心和車輛撞擊一側(cè)表面垂直平面的交叉線要與剛性柱表面的中心線重合，誤差范圍±25mm。

3 假人損傷評價指標

對WorldSid假人的評價指標主要包括頭部、胸部肋骨壓縮量、腹部肋骨壓縮量、骨盆恥骨力。

3.1 頭部

Euro-NCAP中指出頭部性能限值HIC15指標范圍是500-700，累積3ms合成加速度指標范圍是72g-80g。

合成加速度值和HIC值通過下面公式計算：

? ?（1）

（2）

公式中，AR為頭部質(zhì)心合成加速度，AX、AY、AZ分別為頭部質(zhì)心三個方向的加速度;試驗中t2-t1≤15ms，計算碰撞過程中HIC15的最大值并進行評價。3ms合成加速度為累積時間達到3ms的頭部合成加速度的最大值。

3.2 胸部

Euro-NCAP中指出胸部肋骨壓縮變形量指標范圍是28mm-50mm。

胸部肋骨變形量通過下面公式（3）計算，

Dythorax=max（Dy（t）-Dy（0））? ? ? ? （3）

式中：

Dy（t）=R（t）*sin（φ（t））;

R（t）--胸部IR-TRACC濾波后長度;

φ（t）--胸部IR-TRACC濾波后轉(zhuǎn)動角;

Dy（0）—0時刻胸部肋骨位移;

3.3 腹部

Euro-NCAP中指出腹部肋骨壓縮變形量指標范圍是47mm-65mm。

腹部肋骨變形量通過公式（4）計算， Dyabdomen=max（Dy（t）-Dy（0））? ? ? ? ? （4）

式中：

Dy（t）=R（t）*sin（φ（t））;

R（t）—腹部IR-TRACC濾波后長度;

φ（t）—腹部IR-TRACC濾波后轉(zhuǎn)動角;

Dy（0）—0時刻腹部肋骨位移;

3.4 骨盆

恥骨力峰值指標范圍是1.7kN-2.8kN。

數(shù)據(jù)采集設(shè)備可直接采集碰撞時的力數(shù)值，不需要通過公式計算。

4 假人損傷對比分析

選用同一種純電動A級轎車分別做側(cè)面可移動變形壁障碰撞試驗和側(cè)面柱碰撞試驗，為了保證假人損傷數(shù)值的可靠性，駕駛員位置用同一個WorldSid 50th男性假人;試驗后測得AE-MDB臺車速度60.2km/h，側(cè)柱碰撞試驗速度32.1km/h，數(shù)據(jù)采集設(shè)備采集到假人各部位數(shù)值如下：

4.1 頭部

兩種試驗中頭部合成加速度如下圖3所示：

從圖中可以看出，AE-MDB試驗碰撞發(fā)生后52ms，假人頭部合成加速度達到最大值43.86g;側(cè)柱碰撞發(fā)生后51.8ms，假人頭部合成加速度達到最大值50.16g。

將采集到的數(shù)據(jù)代入到HIC公式中，我們可以計算得到，AE-MDB碰撞試驗的假人頭部HIC15值是143，累積3ms合成加速度值是42.56g;側(cè)柱碰撞試驗的假人頭部HIC15值是223，累積3ms合成加速度值是48.58g。

側(cè)面柱碰撞試驗中，柱子比較高，撞擊范圍可以覆蓋到假人的頭部;AE-MDB試驗中，臺車蜂窩鋁撞擊范圍達不到假人頭部。所以，假人頭部在側(cè)柱試驗中受到的傷害值比較大，但是這兩次試驗的假人傷害值都沒有超過標準范圍，頭部都獲得滿分。

4.2 胸部

4.2.1 胸部第一根肋骨

兩種試驗中胸部第一根肋骨的壓縮變形量如下圖4所示：

從圖中可以看出，AE-MDB試驗碰撞發(fā)生后45.6ms，胸部第一根肋骨達到變形量最大值31.40mm;側(cè)柱試驗碰撞發(fā)生后50.5ms，胸部第一根肋骨達到變形量最大值29.69mm。

4.2.2 胸部第二根肋骨

兩種試驗中胸部第二根肋骨的壓縮變形量如下圖5所示：

從圖中可以看出，AE-MDB試驗碰撞發(fā)生后45.3ms，胸部第二根肋骨達到變形量最大值29.51mm;側(cè)柱試驗碰撞發(fā)生后50.3ms，胸部第二根肋骨達到變形量最大值25.12mm。

4.2.3 胸部第三根肋骨

兩種試驗中胸部第三根肋骨的壓縮變形量如下圖6所示：

從圖中可以看出，AE-MDB試驗碰撞發(fā)生后46.1ms，胸部第三根肋骨達到變形量最大值32.43mm;側(cè)柱試驗碰撞發(fā)生后49.7ms，胸部第三根肋骨達到變形量最大值25.15mm。

通過上邊對胸部三根肋骨的壓縮量進行分析，可以得出：側(cè)面柱碰撞試驗中，假人胸部第一根肋骨壓縮量超過Euro-NCAP中規(guī)定的最低限值，有少量扣分，第二、三根肋骨都是滿分;AE-MDB試驗中，假人三根肋骨壓縮量均超過Euro-NCAP中規(guī)定的最低限值，均有相應(yīng)的扣分。

4.3 腹部

4.3.1 腹部第一根肋骨

兩種試驗中腹部第一根肋骨的壓縮變形量如下圖7所示：

從圖中可以看出，AE-MDB試驗碰撞發(fā)生后48.2ms，腹部第一根肋骨達到變形量最大值42.99mm;側(cè)柱試驗碰撞發(fā)生后48.6ms，腹部第一根肋骨達到變形量最大值41.63mm。

4.3.2 腹部第二根肋骨

兩種試驗中腹部第二根肋骨的壓縮變形量如下圖8所示：

從圖中可以看出，AE-MDB試驗碰撞發(fā)生后46.1ms，腹部第二根肋骨達到變形量最大值41.91mm;側(cè)柱試驗碰撞發(fā)生后48.1ms，腹部第二根肋骨達到變形量最大值39.41mm。

兩次試驗中腹部肋骨壓縮量均小于Euro-NCAP中規(guī)定的最低限值，該部位滿分。

4.4 骨盆

兩種試驗中骨盆恥骨力如下圖9所示：

如上圖所示，AE-MDB試驗碰撞發(fā)生后42.8ms，恥骨力達到最大值1.45kN;側(cè)柱試驗碰撞發(fā)生后48.2ms，恥骨力達到最大值0.89kN。

兩次試驗中骨盆恥骨力均小于Euro-NCAP中規(guī)定的最低限值，該部位滿分。

5 結(jié)論

通過對上述兩種試驗中WorldSid假人的損傷進行對比分析，我們可以得出以下結(jié)論：

1.側(cè)面柱碰撞試驗中，頭部HIC15和累積3ms合成加速度值比AE-MDB試驗要大。

2.AE-MDB試驗中，胸部三根肋骨傷害值相比于側(cè)面柱碰撞試驗要大。

3.AE-MDB試驗中，腹部兩根肋骨傷害值相比于側(cè)面柱碰撞試驗要大。

4.AE-MDB試驗中，骨盆的恥骨力傷害值相比于側(cè)面柱碰撞試驗大。

5.相比于側(cè)面柱碰試驗，AE-MDB試驗中假人損傷曲線更早達到峰值。

參考文獻：

[1]楊煌. 乘用車側(cè)面碰撞乘員損傷及防護措施研究[D].長沙理工大學(xué)，2017.

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[3]王琦，羅素云，徐沖.40%重疊可變形壁障碰撞和側(cè)面碰撞試驗探究[J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程，2020，58（07）：80-83.