基于C-NCAP中MPDB試驗(yàn)對(duì)Hybrid Ⅲ 5百分位假人的傷害分析

張倩　王友俊

摘 要：正面50%重疊移動(dòng)漸進(jìn)變形壁障（MPDB）工況是源于不同類(lèi)型車(chē)輛碰撞相容性的研究，本文針對(duì)MPDB試驗(yàn)中的Hybrid Ⅲ5 百分位假人在碰撞試驗(yàn)中受到的損傷進(jìn)行研究。通過(guò)對(duì)比汽車(chē)副駕位置的Hybrid Ⅲ5 百分位假人和駕駛員后排位置的Hybrid Ⅲ5 百分位假人的頭頸，胸腹部，大腿、骨盆等身體部位的傷害值，分析Hybrid Ⅲ5假人在車(chē)輛不同位置的損傷情況。結(jié)果表明，Hybrid Ⅲ5假人在副駕位置時(shí)比在主駕后排位置時(shí)受到的損傷較小，尤其是其頭部HIC值和頭部合成加速度方面。

關(guān)鍵詞：C-NCAP MPDB Hybrid Ⅲ5 百分位假人 假人傷害

1 前言

由車(chē)輛安全引起的交通事故給社會(huì)帶來(lái)了非常嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，甚至每年造成數(shù)百萬(wàn)人在事故中喪生。因此，汽車(chē)碰撞安全已成為世界汽車(chē)工業(yè)必須關(guān)注的關(guān)鍵問(wèn)題。提高汽車(chē)的安全性能是保護(hù)交通事故中乘員生命財(cái)產(chǎn)安全的重要途徑。在汽車(chē)的安全性能中，汽車(chē)碰撞的安全性和車(chē)內(nèi)成員的安全尤為重要。此外，由于純電動(dòng)汽車(chē)和混合動(dòng)力汽車(chē)的設(shè)計(jì)和數(shù)量越來(lái)越多，而這方面的虛擬或真實(shí)車(chē)輛碰撞實(shí)驗(yàn)相對(duì)較少，因此對(duì)電動(dòng)汽車(chē)對(duì)碰撞實(shí)驗(yàn)的需求也在逐步增加[1]。自2010年以來(lái)，德國(guó)全德汽車(chē)俱樂(lè)部（ADAC）繼續(xù)開(kāi)展車(chē)輛碰撞試驗(yàn)研究。通過(guò)對(duì)交通事故的分析研究，推出了一種新型的MPDB車(chē)輛對(duì)車(chē)輛碰撞試驗(yàn)，增加了新的車(chē)輛攻擊性評(píng)價(jià)指標(biāo)。通過(guò)壁障均勻性指標(biāo)SD、臺(tái)車(chē)乘員載荷指標(biāo)OLC和蜂窩鋁擊穿情況來(lái)綜合判定車(chē)輛的碰撞相容性[2]。2020年，Euro NCAP 在新車(chē)評(píng)價(jià)規(guī)程中了新增了 MPDB 工況，并增加了相容性考察指標(biāo)，以罰分的形式進(jìn)行評(píng)價(jià)[3]，中國(guó)汽車(chē)技術(shù)研究中心最新發(fā)布的《C-NCAP 管理規(guī)則（2021 年版）》表明，2022 年 1 月將正式取消正面 40%重疊可變形壁障（Offset Deformable Barrier， ODB）碰撞試驗(yàn)，增加 MPDB 碰撞試驗(yàn)[4]。MPDB工況主要針對(duì)車(chē)輛碰撞的相容性進(jìn)行研究，與以往的碰撞測(cè)試相比，MPDB條件更能反映真實(shí)的事故現(xiàn)場(chǎng)，并且可以對(duì)不同的車(chē)輛進(jìn)行重復(fù)，這有利于研究車(chē)輛碰撞兼容性[5]。

與國(guó)外的研究相比，國(guó)內(nèi)對(duì)兩車(chē)碰撞相容性和乘員損傷的影響起步較晚，研究的學(xué)者也比較少，東風(fēng)汽車(chē)集團(tuán)的袁志鵬[6]、鈕嘉穎[7]、上海開(kāi)元汽車(chē)的姜?jiǎng)8]和中國(guó)汽車(chē)工程研究院（重慶）的劉明[9]等人主要對(duì) MPDB 工況下的乘員胸部受力及其他損傷進(jìn)行分析，李海巖[10]等人基于 MPDB 工況下的 6 歲兒童假人的頭頸部損傷進(jìn)行分析，湖南大學(xué)的葉霖[11]、丁宗陽(yáng)[12]，重慶理工大學(xué)的胡遠(yuǎn)志[13]，天津科技大學(xué)的焦志勇[14]、殷國(guó)松[15]等人都對(duì)SUV和轎車(chē)的碰撞相容性進(jìn)行研究，并提出改進(jìn)碰撞兼容性的意見(jiàn)。且大部分學(xué)者將研究正面 50%重疊移動(dòng)漸進(jìn)變形壁障（MPDB）試驗(yàn)時(shí)，主要將目標(biāo)放在全新設(shè)計(jì)、生物逼真度更高的THOR 50百分位假人，研究移動(dòng)漸進(jìn)變形壁障碰撞中約束系統(tǒng)對(duì)其的胸部影響[8]，以及THOR 50百分位假人的損傷影響因素以及損傷情況等等，還有對(duì)兩車(chē)相撞的碰撞相容性等研究，對(duì)Hybrid Ⅲ5假人的研究相對(duì)較少。本文基于C-NCAP MPDB 碰撞試驗(yàn)兼容性評(píng)價(jià)指標(biāo)，以原有某純電平臺(tái)某車(chē)型為研究對(duì)象，通過(guò)實(shí)車(chē)試驗(yàn)，進(jìn)一步分析其試驗(yàn)數(shù)據(jù)，研究分析汽車(chē)副駕位置的Hybrid Ⅲ5 百分位假人和駕駛員后排位置的Hybrid Ⅲ5 百分位假人的假人傷害，對(duì)比其身體各部位傷害值，從而進(jìn)一步降低在汽車(chē)發(fā)生交通事故時(shí)車(chē)內(nèi)女性成員的損傷，保護(hù)車(chē)內(nèi)女性成員的生命安全。

2 正面50%重疊移動(dòng)漸進(jìn)變形壁障（MPDB）試驗(yàn)規(guī)程

2.1 MPDB工況簡(jiǎn)介

由圖1可以看出試驗(yàn)車(chē)輛和漸進(jìn)變形壁障臺(tái)車(chē)的重疊度為 50%，都以 50km/h 的速度進(jìn)行正面偏置對(duì)撞。在前排駕駛員位置和乘員位置分別放置一個(gè)50百分位 Thor 男性假人和一個(gè) 5 百分位 Hybrid III 女性假人，以評(píng)價(jià)該車(chē)輛約束系統(tǒng)對(duì)前排乘員的保護(hù)效果。在第二排最左側(cè)和最右側(cè)分別放置一個(gè) 5 百分位 Hybrid III 女性假人和一個(gè) Q 系列 10 歲兒童假人，以評(píng)價(jià)該車(chē)輛約束系統(tǒng)對(duì)后排乘員的保護(hù)效果。試驗(yàn)后對(duì)壁障變形量進(jìn)行測(cè)量，以評(píng)價(jià)車(chē)輛的碰撞相容性[4]。

2.2 MPDB移動(dòng)漸進(jìn)變形壁障介紹和MPDB 工況相容性評(píng)價(jià)方法

MPDB 移動(dòng)漸進(jìn)變形壁障（簡(jiǎn)稱(chēng) MPDB 壁障），MPDB 壁障包括臺(tái)車(chē)和前端漸進(jìn)變形壁障，總重量為 1.4T，其尺寸如圖2所示。

MPDB工況相容性評(píng)價(jià)指標(biāo)為臺(tái)車(chē)前端變形標(biāo)準(zhǔn)偏差（SD）、乘員 CH 載荷準(zhǔn)則（OLC）、壁障侵入深度和壁障侵入高度四個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)。

3 Hybrid Ⅲ5 百分位假人及其評(píng)價(jià)方法

3.1 Hybrid Ⅲ5 百分位假人介紹

Hybrid III 5百分位女性假人作為真實(shí)的女性在汽車(chē)碰撞試驗(yàn)中的替代物，是基于第五分位成年女性特征尺寸和重量的測(cè)量研究，其頭頸部、胸部、臀部、膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)的沖擊響應(yīng)是依據(jù)Hybrid III男性假人生物仿真度要求推算出來(lái)的，其身高為1.52米，體重為54公斤，如圖3所示。

3.2 Hybrid Ⅲ5 百分位假人的損傷評(píng)價(jià)方法

Hybrid Ⅲ5 百分位假人評(píng)價(jià)時(shí)按照試驗(yàn)假人身體的三個(gè)部位進(jìn)行，主要為頭部，頸部以及胸部。

（1）頭部

頭部主要根據(jù)頭部傷害評(píng)價(jià)HIC[16]以及3ms頭部加速度進(jìn)行評(píng)價(jià)。

其中：是模擬的初始時(shí)間；是模擬結(jié)束的時(shí)間；頭部的合成加速度；和是 HIC 達(dá)到最大值的時(shí)間間隔的初始時(shí)間和最終時(shí)間。

（2）頸部

頸部的評(píng)價(jià)主要是確定頸部伸張 Fz 和頸部剪切 Fx 的峰值。進(jìn)一步計(jì)算頸部伸張力矩：

式中：和——通過(guò)傳感器所測(cè)值； D——傳感器中心到頭頸交界面的距離（SAE J1733）d=0.017

（3）胸部

胸部的評(píng)級(jí)主要根據(jù)胸部評(píng)價(jià)指標(biāo)：粘性準(zhǔn)則 VC以及胸部壓縮變形的峰值。通過(guò)測(cè)量胸部壓縮變形量和胸部壓縮速度來(lái)求得 VC 值，即兩者的乘積就是 VC 值[17]。

其中：是變形量；微分得到的變形速度，單位為 m/s；是瞬時(shí)壓縮函數(shù)，即變形量和初始的軀體厚度之間的比值。

4 Hybrid Ⅲ5 百分位假人在車(chē)輛不同位置的傷害分析

在MPDB試驗(yàn)中副駕位置的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人和主駕后排的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人的評(píng)價(jià)相同，但其假人得分存在差異，說(shuō)明不同位置的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人在MPDB試驗(yàn)中其頭部、頸部以及胸部受到的傷害不同，其受到的力以及其加速度不同。本文將通過(guò)對(duì)比副駕和主駕后排的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人的頭部、頸部、胸部、骨盆以及大腿的傷害值，進(jìn)一步判斷車(chē)內(nèi)位置不同對(duì)女性假人的影響。

4.1 頭部傷害對(duì)比

通過(guò)對(duì)比副駕Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人和主駕后排的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人的頭部合成加速度，如圖4所示，進(jìn)一步得到Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人的頭部HIC。

由圖4可以看出，副駕Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人的頭部加速度峰值為35.78g，而主駕后排的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人的頭部加速度峰值為58.35g，二者的頭部加速度均未超過(guò)C-NCAP MPDB的頭部評(píng)分范圍，但副駕Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人的頭部HIC值低于主駕后排Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人的頭部HIC，且副駕Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人頭部得分高于主駕后排Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人，主要是副駕Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人在安全帶以及安全氣囊的保護(hù)下，其頭部在碰撞下的加速度較低，而主駕后排Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人在碰撞過(guò)程中軀干彎曲較大，頭部的加速度波動(dòng)較大，因此受到的損傷較多。

4.2 頸部傷害對(duì)比

頸部的C-NCAP MPDB評(píng)分主要與頸部的Fx、Fy和My有關(guān)，本文通過(guò)對(duì)比副駕Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人和主駕后排的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人的頸部Fx、Fy和My，如圖5-7所示，進(jìn)一步分析不同位置Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人的頸部傷害。

通過(guò)圖5可以看出副駕的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人的頸部Fx峰值為0.42kN，而主駕后排Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人的頸部Fx峰值為1.06kN，說(shuō)明在碰撞過(guò)程中副駕的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人在X方向受到的力大于主駕后排Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人。

由圖6可以發(fā)現(xiàn)，副駕的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人的頸部Fz峰值為0.66kN，而主駕后排Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人的頸部Fz峰值為1.81kN。在整個(gè)碰撞過(guò)程中副駕的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人在Z方向受到的力大于主駕后排Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人，且主駕后排Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人的頸部Fz評(píng)價(jià)得分較低，有扣分現(xiàn)象。

由圖7分析發(fā)現(xiàn)副駕的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人的頸部My峰值略低于主駕后排Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人的頸部My峰值，二者相差不大。因此，在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中，副駕的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人和主駕后排Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人的頸部的傷害主要來(lái)自X向和Z向，而副駕的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人由于安全帶和安全的氣囊的保護(hù)，其頸部受到的傷害較小。

4.3 胸部傷害對(duì)比

Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人的胸部評(píng)分主要與其胸部壓縮變形量有關(guān)，本文通過(guò)對(duì)比副駕Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人和主駕后排的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人的胸部合成加速度以及胸部位移，如圖8和圖9所示，進(jìn)一步分析對(duì)比不同位置的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人的胸部損傷。

由圖8和圖9可以看出，副駕的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人的胸部合成加速度略低于主駕后排Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人的胸部合成加速度，二者的胸部偏移量均在21.7mm左右，說(shuō)明在安全帶的保護(hù)作用下，副駕的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人和主駕后排Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人的胸部損傷差距不大，但安全帶還是對(duì)二者胸部造成了一定損傷，在胸部得分方面，有扣分現(xiàn)象。

4.4 骨盆傷害對(duì)比

本文為了分析不同位置的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人的傷害，進(jìn)一步分析了Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人的骨盆合成加速度，如圖10所示。

通過(guò)圖10可以發(fā)現(xiàn)，副駕的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人和主駕后排的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人在出現(xiàn)第一次峰值時(shí)，副駕的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人骨盆加速度高于后排女性Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人的骨盆加速度，在第二次峰值出現(xiàn)時(shí)，副駕的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人骨盆加速度低于后排女性Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人的骨盆加速度，在受到劇烈撞擊時(shí)，腰帶對(duì)骨盆起到了保護(hù)作用，但主駕后排Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人上軀干運(yùn)動(dòng)較為劇烈，帶動(dòng)骨盆的合成加速度增大。

4.5 大腿傷害對(duì)比

本文通過(guò)對(duì)比Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人的左右大腿力，如圖11和圖12所示，進(jìn)一步分析不同位置Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人的腿部傷害。

由圖11和圖12可以發(fā)現(xiàn)，副駕的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人的左大腿力及右大腿力均高于主駕后排的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人的左大腿力及右大腿力，在碰撞過(guò)程中，主駕后排的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人整個(gè)軀干前傾，腿部也向前運(yùn)動(dòng)，其腿部的運(yùn)動(dòng)較大，因此主駕后排Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人的左大腿力及右大腿力較高。

通過(guò)C-NCAP MPDB的假人評(píng)分規(guī)程，可以發(fā)現(xiàn)，副駕的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人的評(píng)分為11.382，主駕后排的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人的評(píng)分為3.445，主駕后排的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人得分較低。

5 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)比副駕的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人和主駕后排的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人的頭部、頸部、胸部、骨盆以及腿部的傷害值，進(jìn)一步分析Hybrid Ⅲ5假人在車(chē)輛不同位置的損傷情況。分析發(fā)現(xiàn)如下：

（1）在頭部損傷方面，主駕后排的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人的頭部加速度及頭部HIC值均高于副駕的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人。

（2）在頸部損傷方面，主駕后排的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人頸部的Fx和Fy相比于副駕的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人的頸部Fx和Fy的較大，而主駕后排的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人和副駕的頸部My相差不大。

（3）在胸部損傷方面，主駕后排的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人和副駕的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人的胸部壓縮偏移量較為相近。

（4）通過(guò)對(duì)比骨盆合成加速度以及左右大腿力，主駕后排的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人的高于和副駕的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人。

綜上所述，主駕后排的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人在整個(gè)碰撞過(guò)程中的傷害較高于副駕的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人，需要進(jìn)一步減小對(duì)主駕后排的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人的損傷。

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