張海洋 潘如楊 劉衛(wèi)國，2 祝賀 周大永，2 馮擎峰，2

（1.浙江吉利汽車研究院有限公司；2.浙江省汽車安全技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）

據(jù)統(tǒng)計(jì)，在車輛正面碰撞過程中，第2排乘員的傷害情況較前排乘員嚴(yán)重得多[1]，但國內(nèi)外市場銷售的大多數(shù)車型均未關(guān)注第2排乘員的保護(hù)。隨著國內(nèi)外NCAP 評價(jià)規(guī)程的變化，降低第2排乘員的傷害逐漸成為整車乘員保護(hù)安全性能的開發(fā)重點(diǎn)[2-3]。文章確定了影響第2排乘員傷害的關(guān)鍵因素。通過減小安全帶的限力等級，以及增大第2排假人頭頸部及胸部的前移量，有效改善了第2排乘員的傷害情況。

1 第2排乘員保護(hù)性能的影響因素

以某車型為基礎(chǔ)，通過仿真分析的手段，從車體波形、乘員布置空間以及約束系統(tǒng)性能參數(shù)等角度，對比分析第2排乘員傷害的影響因素，由此判斷第2排乘員保護(hù)的關(guān)鍵影響因素。

1.1 車體碰撞波形的影響

以車體碰撞波形的2 階加速度值作為設(shè)計(jì)變量，定義2 階加速度值分別為20，25，30，35，40 g，分析不同車體碰撞波形對第2排假人各部位傷害的影響，第2排假人頭部及胸部傷害曲線對比，如圖1 所示。由圖1a 可知：隨著車體碰撞波形的2 階加速度不斷減小，第2排假人胸部壓縮量逐漸減小，當(dāng)車體加速度達(dá)到35 g 時(shí)，假人胸部壓縮量變化不大，且在碰撞過程中假人頭部撞擊到前排座椅靠背，導(dǎo)致頭部合成加速度出現(xiàn)尖峰，如圖1b 所示，頭部傷害值超過72 g 的目標(biāo)要求。結(jié)合仿真分析動(dòng)畫，如圖2 所示，分析假人頭部與前排座椅靠背相接觸的時(shí)刻，當(dāng)碰撞進(jìn)行至70 ms和80 ms 時(shí)，車體2 階加速度為40 g 和35 g 的2 種狀態(tài)的假人頭部與座椅靠背相接觸，導(dǎo)致頭部受力值發(fā)生突變，傷害值超標(biāo)。由此可知：綜合考慮假人頭部和頸部的傷害情況，車體碰撞波形是影響假人胸部壓縮量的主要因素。

1.2 第2排假人小腿擺放角度

采用改變第2排假人小腿的擺放角度（52，55，58，61，64，67°），分析不同的小腿擺放角度對假人各部位傷害的影響。通過仿真分析獲得第2排假人胸部壓縮量和頸部拉伸力的變化，如圖3 和圖4 所示。通過圖3 和圖4 可知：假人小腿擺放角度的變化僅對假人運(yùn)動(dòng)姿態(tài)略有影響，對假人胸部及頸部傷害影響不大。當(dāng)假人小腿擺放角度從67°變化為52°時(shí)，假人胸部壓縮量僅減小0.4 mm；當(dāng)假人小腿擺放角度從58°變化為52°時(shí)，頸部拉伸力減小165.4 N。由此分析可知：小腿的擺放角度影響假人小腿部與前排座椅靠背的接觸時(shí)刻，但對第2排假人各部位的傷害影響不大。

1.3 安全帶限力等級

通過仿真分析來確定不同安全帶限力等級對第2排乘員傷害的影響。安全帶限力等級為:2 000，2 500，3 000，3 500，4 000，4 500，5 000 N，不同安全帶限力等級對應(yīng)的假人各部位傷害結(jié)果，如表1 所示。

表1 不同安全帶限力等級的第2排假人傷害值

從表1 中可以看出：第2排假人胸部壓縮量隨著安全帶限力等級的減小而明顯減小；安全帶限力等級減小至2 500 N 時(shí)，第2排假人頭部和頸部傷害發(fā)生突變，出現(xiàn)拐點(diǎn)。結(jié)合仿真分析結(jié)果，確定該拐點(diǎn)是由于安全帶限力值偏小，安全帶對第2排女性假人無明顯的束縛作用，使得碰撞過程中第2排假人頭部撞擊前排座椅靠背，導(dǎo)致其頭頸部傷害變大。由此判斷：在保證假人頭部不發(fā)生二次碰撞的情況下，安全帶限力等級對第2排乘員保護(hù)性能的影響較大，通過優(yōu)化安全帶限力等級能夠有效地改善第2排乘員的傷害情況。

1.4 安全帶織帶延伸率

選取7%，10%，12%，14%的安全帶織帶延伸率作為設(shè)計(jì)變量，分析后排安全帶織帶延伸率對假人傷害的影響。不同安全帶織帶延伸率的第2排假人各部位傷害值，如表2 所示。通過表2 可知：隨著安全帶織帶延伸率的增大，第2排假人頸部拉伸力略有改善，但改善量不大。其中，安全帶織帶延伸率由7%增大至14%時(shí)，假人胸部壓縮量僅減小1.62 mm，由此判斷安全帶織帶延伸率對第2排乘員保護(hù)性能的影響較小。

表2 不同安全帶延伸率的第2排假人各部位傷害值

1.5 座椅座墊角度

在碰撞過程中，第2排座椅座墊布置角度影響假人的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)及前移量，座墊布置角度越大，假人髖部的前移量越小，假人軀干傾角越小，降低了假人頭部撞擊前排座椅的風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí)，間接地降低了安全帶肩帶對假人胸部的作用力，能夠有效地降低假人各部位的傷害值，對第2排乘員保護(hù)有利。

分別將座椅座墊角度布置為0，10，15，20，25°，分析不同的座椅座墊布置角度對第2排乘員傷害的影響，如圖5 所示，隨著座椅座墊布置角度的增大，第2排假人各部位傷害均有所減小，其中胸部壓縮量減小得尤為明顯，當(dāng)座椅座墊布置角度由10°增加至25°時(shí)，假人胸部壓縮量由30.7 mm 減小至25.5 mm。圖6 示出不同座墊角度的假人運(yùn)動(dòng)姿態(tài)對比圖，從圖6 中可以看出，座椅座墊布置角度越大，對假人髖部的束縛作用越明顯，對改善假人傷害有利。由上述分析可知：座椅座墊布置角度作為關(guān)鍵影響因素，極大地優(yōu)化了假人胸部的得分，有利于第2排乘員的保護(hù)。

1.6 座椅座盆剛度

以座椅座盆剛度作為設(shè)計(jì)變量，將其按照一定的倍數(shù)放大和縮小，分析座椅座盆剛度對第2排假人傷害的影響。設(shè)計(jì)變量值分別取0.5，0.8，1，1.2，1.5，2 倍座盆剛度，將7 個(gè)變量輸入仿真模型進(jìn)行分析，其分析結(jié)果，如圖7 所示。由圖7 可見：隨著座椅座盆剛度變大，假人頭部傷害明顯減小，而假人頸部及胸部傷害值變化不大。

1.7 關(guān)鍵影響因素確定

結(jié)合正面碰撞過程中第2排假人頭頸部、胸部的受力過程，從假人頭部與胸部受到合外力的角度分析安全帶性能參數(shù)的設(shè)計(jì)對第2排假人頭部及胸部傷害的影響[4]。碰撞過程中第2排假人頭部受到的合外力主要來源于頸部的作用力，而假人胸部受到合外力由安全帶作用產(chǎn)生。在正面碰撞過程中，第2排女性假人的上軀干受到安全帶肩帶的作用發(fā)生減速運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致胸部加速度和胸部壓縮量的產(chǎn)生，從而使得胸部和頭部的減速度存在差異，使頸部傷害值增大。第2排假人頭部與胸部受到合外力曲線，如圖8 所示。由圖8 可以看出：假人頭部受到的合外力與假人頸部剪切力、拉伸力的變化趨勢基本相同，假人胸部受到的合外力與安全帶肩帶力的起始時(shí)刻相一致，峰值存在差異，主要是由于假人軀干前傾，安全帶作用于假人胸部的力值大于安全帶肩帶力值。

圖9 示出車體碰撞波形、假人小腿擺放角度、座椅座墊布置角度、安全帶限力等級、安全帶延伸率以及座椅座盆剛度對第2排假人胸部壓縮量及頸部拉伸力的影響。由圖9 可以看出：安全帶限力等級、車體碰撞波形以及座椅座墊布置角度的變化對第2排假人胸部壓縮量和頸部拉伸力的影響相對較大，安全帶限力等級的降低使得第2排假人胸部壓縮量和頸部拉伸力分別減小10.7 mm 和1 452 N，對假人傷害的影響程度最大。因此可判斷安全帶的限力等級是影響第2排乘員保護(hù)性能的關(guān)鍵因素。

2 小空間車型第2排假人傷害優(yōu)化分析

通過統(tǒng)計(jì)北美市場A0 級別車型的后排乘員布置空間，定義優(yōu)化模型的第2排女性假人布置空間，胸部到前排座椅靠背的水平距離為445 mm，膝關(guān)節(jié)到前排座椅靠背的水平距離為220 mm，髖部角度為16°。以安全帶限力等級為設(shè)計(jì)變量，其他影響因素為恒量，優(yōu)化小空間車型的第2排乘員保護(hù)安全性能。定義安全帶限力等級分別為2 000，2 500，3 000，3 500，4 000，4 500，5 000 N，通過仿真分析確定第2排乘員保護(hù)的最佳優(yōu)化方案。

通過優(yōu)化分析獲得的第2排假人頭頸部及胸部傷害曲線，如圖10 所示，由圖10b 可以看出：隨著安全帶限力等級的降低，第2排假人胸部壓縮量有明顯改善；當(dāng)安全帶限力值由5 000 N 降低至2 000 N 時(shí)，第2排假人胸部壓縮量由33.5 mm 減小至22.8 mm。同時(shí)，假人頭部合成加速度以及頸部剪切力和拉伸力均有所減小。結(jié)合仿真分析錄像分析，如圖11 所示，當(dāng)安全帶限力值降低至2 500 N 和2 000 N 時(shí)，假人頭部與前排座椅靠背相撞擊，使得假人頭部合成加速度分別在98 ms 和90 ms 出現(xiàn)尖峰，導(dǎo)致假人頭部HIC 值超標(biāo)。因此，針對小空間車型，在無法避免頭部與前排座椅相接觸的情況下，不建議使用較小限力等級的安全帶。

3 結(jié)論

1）通過對比分析不同影響因素對第2排乘員保護(hù)性能的影響，確定安全帶限力等級、車體碰撞波形以及第2排座椅座墊的布置角度為關(guān)鍵影響因素；

2）安全帶限力等級過低，使得第2排假人頭部與前排座椅相撞擊，產(chǎn)生二次傷害，導(dǎo)致第2排假人頭部與頸部傷害超標(biāo)；

3）在保證頭頸部傷害不超標(biāo)的情況下，安全帶限力值為3 000 N 時(shí)，第2排假人胸部壓縮量最低，其他部位的傷害基本能夠滿足要求。