商恩義，侯福震，師玉濤，楊勁松

（長(zhǎng)城汽車股份有限公司技術(shù)中心,河北省汽車工程技術(shù)研究中心, 河北，保定 071000）

在《聯(lián)邦機(jī)動(dòng)車輛安全標(biāo)準(zhǔn)：No.214側(cè)面碰撞保護(hù)（FMVSS 214）》和《歐洲新車評(píng)價(jià)規(guī)程（E-NCAP）》（2013版）中，都規(guī)定有側(cè)面撞柱試驗(yàn)，但兩種試驗(yàn)條件有所不同[1-2]。FMVSS214側(cè)面撞柱試驗(yàn)規(guī)定假人頭部重心在側(cè)面柱縱向中心平面上；試驗(yàn)車輛的縱向中心平面與側(cè)面柱縱向中心平面夾角在75°±3°范圍內(nèi)，試驗(yàn)假人為SIDⅡs或ES-2re（圖1）。當(dāng)前E-NCAP側(cè)面撞柱試驗(yàn)規(guī)定：假人頭部重心在側(cè)面柱縱向中心平面上；試驗(yàn)車輛的縱向中心平面與側(cè)面柱縱向中心平面夾角在90°±3°范圍內(nèi)，試驗(yàn)假人為ES-2型。

另外，歐盟規(guī)劃在2015年以后，在E-NCAP中規(guī)定的側(cè)面撞柱試驗(yàn)形式向FMVSS 214靠攏，即碰撞形式將改為與美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)一致，但假人考慮采用WorldSID假人[3]。

基于此，在某L車型開(kāi)發(fā)過(guò)程中，按FMVSS214中側(cè)面撞柱試驗(yàn)形式進(jìn)行了試驗(yàn)1，按E-NCAP中側(cè)面撞柱試驗(yàn)形式進(jìn)行了試驗(yàn)2，對(duì)兩種碰撞形式下的假人傷害情況進(jìn)行了先期研究。為了便于對(duì)假人安全性進(jìn)行對(duì)比評(píng)價(jià)，兩次試驗(yàn)中，統(tǒng)一使用ES-2型假人。

1 兩種側(cè)面撞柱侵入角度差異影響

兩種碰撞試驗(yàn)，由于車輛碰撞角度存在差異，且均要求假人頭部重心在側(cè)面柱縱向中心平面上，則車輛側(cè)面與柱壁障的最初接觸位置存在著一定的差異。就L型車而言，試驗(yàn)1比試驗(yàn)2碰撞位置靠前115 mm；相對(duì)試驗(yàn)2，試驗(yàn)1中柱壁障斜向侵入。

為了分析兩種碰撞形式下車輛變形過(guò)程的差異，試驗(yàn)中，分別在中央通道中部位置采集了x向和y向加速度。兩次試驗(yàn)，車輛與假人坐標(biāo)均定義為前后為x向，向前為正；左右為y向，向右為正[4]。兩次試驗(yàn)中中央通道中部加速度比較如圖3所示。

圖3中，兩種碰撞形式下，主要變形方向y方向的表現(xiàn)基本一致，但x方向兩種碰撞形式在30～60 ms間差異明顯。兩次試驗(yàn)中，x的幅值雖然差別不大，但方向相反，反映了車身在x向變形傳力方向的差異及假人側(cè)面受力來(lái)源方向的不同。

2 碰撞過(guò)程中假人側(cè)向運(yùn)動(dòng)分析

側(cè)面碰撞中，假人初始側(cè)向宏觀運(yùn)動(dòng)姿態(tài)將影響假人各部位與車內(nèi)側(cè)面碰撞時(shí)序差異；假人與車內(nèi)飾碰撞后側(cè)面微觀運(yùn)動(dòng)姿態(tài)反映著假人側(cè)向上、中、下不同部位的碰撞強(qiáng)度，因此，對(duì)不同碰撞形式下假人傷害的分析離不開(kāi)對(duì)試驗(yàn)中假人側(cè)向運(yùn)動(dòng)姿態(tài)的分析。

2.1 ES-2假人肋骨架結(jié)構(gòu)

在側(cè)面碰撞試驗(yàn)中，為了收集前排假人各部位在碰撞過(guò)程中的受力、變形等信息，在假人身上要布置大量的傳感器，如頭部、T1、肋骨、T12和骨盆幾個(gè)位置的加速度a、肋骨變形量D、背板力Fy、腹部力F、恥骨力Fp等，ES-2型假人結(jié)構(gòu)及主要傳感器位置如圖4所示[5]。

圖4中，肋骨分上、中、下3根，測(cè)量結(jié)果可分別用角標(biāo)u、m、w表示；腹部力分前、中、后3個(gè)測(cè)量位置，測(cè)量結(jié)果分別用角標(biāo)f、m、r表示。

2.2 背板力曲線比較分析

圖4中，背板力傳感器位于假人背部與座椅靠背之間，寬度不大，外面由相對(duì)較寬塑料板包裹。對(duì)于背板力Fy，其測(cè)量的是背板橫向受力情況，實(shí)際上測(cè)量的是假人與座椅靠背間橫向相對(duì)運(yùn)動(dòng)的摩擦力，反映著碰撞過(guò)程中假人碰撞側(cè)面與座椅碰撞側(cè)面的受力情況。

將試驗(yàn)1和試驗(yàn)2中的兩假人背板力曲線繪于圖5中。

圖5中，試驗(yàn)1中背板力F1y全程為正值，表明全程以座椅靠背向非碰撞側(cè)傾斜為主；試驗(yàn)2中背板力F2y曲線整個(gè)過(guò)程表現(xiàn)為先負(fù)后正再負(fù)，表明在碰撞初期，假人有向碰撞側(cè)傾斜過(guò)程，而后隨著碰撞的深入，以座椅靠背帶動(dòng)假人向非碰撞側(cè)傾斜為主，碰撞后期假人快速回彈。綜合分析兩次試驗(yàn)中背板力曲線，試驗(yàn)1中反映出在碰撞力來(lái)自側(cè)前方的情況下，假人幾乎不發(fā)生向碰撞側(cè)傾斜晃動(dòng)，而試驗(yàn)2中有明顯發(fā)生。另外，借助高速攝像結(jié)果分析，高速攝像圖像進(jìn)一步確認(rèn)了該分析結(jié)果。

2.3 基于假人軀干上、中、下位置加速度曲線比較分析

在側(cè)面撞柱過(guò)程中，假人側(cè)面各部位傷害與假人側(cè)面上、中、下各部分運(yùn)動(dòng)和受力情況密不可分。假人側(cè)面T1（胸椎上端）、T12（胸椎下端）和骨盆3個(gè)位置的加速度反映著假人側(cè)面不同部位的受力情況。

將試驗(yàn)1和試驗(yàn)2中的兩假人T1、T12和骨盆3個(gè)位置y向加速度曲線繪于圖6中。

圖6中，試驗(yàn)1中假人側(cè)面碰撞接觸時(shí)刻由下至上層次分明，碰撞強(qiáng)度差別明顯，最下端骨盆的加速度出現(xiàn)時(shí)刻最早，幅值最大；最上端T1加速度出現(xiàn)最晚，幅值最小。而試驗(yàn)2中，假人側(cè)面碰撞接觸依然由下至上但差別較小，幅值差別不明顯。由兩次碰撞試驗(yàn)比較可知，試驗(yàn)2中各部位碰撞前期接觸強(qiáng)度略強(qiáng)于試驗(yàn)1，但總體強(qiáng)度略低。

3 碰撞過(guò)程中假人側(cè)向受力分析

在側(cè)面撞柱試驗(yàn)中，假人胸部和腹部是兩個(gè)主要的評(píng)價(jià)部位，該部位的傷害情況是不同碰撞形式下的關(guān)注重點(diǎn)。對(duì)于胸部，在受外力撞擊的情況下，其受力損傷主要反映在肋骨變形上，因此，胸部主要通過(guò)上、中、下3根肋骨（圖4）的變形量進(jìn)行評(píng)價(jià)，取其中最大值進(jìn)行評(píng)分。對(duì)于腹部，則通過(guò)位于腹部前、中、后3個(gè)位置的力傳感器測(cè)量值進(jìn)行評(píng)價(jià)，取3個(gè)測(cè)量值之和進(jìn)行評(píng)分。

3.1 基于肋骨變形量對(duì)比分析

將試驗(yàn)1和試驗(yàn)2中的兩假人肋骨變形量D曲線繪于圖7中。

圖7中，兩次試驗(yàn)假人肋骨接觸時(shí)刻基本相同，曲線整體趨勢(shì)相近，但試驗(yàn)1中假人肋骨的變形速度趨緩，幅值偏小。也就是說(shuō)，相對(duì)試驗(yàn)2而言，試驗(yàn)1中內(nèi)飾板y向侵入的速度偏慢，強(qiáng)度偏低。

3.2 腹部力對(duì)比分析

將試驗(yàn)1和試驗(yàn)2中的兩假人腹部受力曲線繪于圖8中。

圖8中，兩次試驗(yàn)假人受力曲線在約38 ms之前基本相同，38 ms之后，試驗(yàn)1中3條腹部力曲線發(fā)生突變，幅值瞬間上升為原來(lái)的2倍左右。在受力的強(qiáng)度次序上，試驗(yàn)1為中間最強(qiáng)，前端最弱；試驗(yàn)2為前端最強(qiáng)，后端最弱。換言之，試驗(yàn)1的中、后方碰撞強(qiáng)度最強(qiáng)；試驗(yàn)2的中、前方碰撞強(qiáng)度最強(qiáng)。

結(jié)合碰撞過(guò)程中假人腹部與門內(nèi)飾板、側(cè)氣囊、座椅側(cè)翼間的關(guān)系進(jìn)行分析，兩次試驗(yàn)后腹部接觸情況如圖9和圖10所示。

兩圖中，側(cè)撞假人腹部正好對(duì)應(yīng)門內(nèi)飾板上凸出的扶手位置，碰撞過(guò)程中，門內(nèi)飾板的侵入程度將對(duì)腹部力產(chǎn)生較大影響。試驗(yàn)1中的座椅側(cè)翼翻轉(zhuǎn)較小，腹部接觸印跡基本都在側(cè)氣囊上；試驗(yàn)2中的座椅側(cè)翼翻轉(zhuǎn)較多，腹部接觸印跡主要在座椅側(cè)翼上。

上述碰撞結(jié)果表明，F(xiàn)MVSS214標(biāo)準(zhǔn)下的側(cè)面撞柱試驗(yàn)，相對(duì)E-NCAP標(biāo)準(zhǔn)下的側(cè)面撞柱試驗(yàn)而言，其碰撞點(diǎn)靠前，座椅側(cè)翼緩沖作用減小，因此，對(duì)腹部位置的側(cè)氣囊剛度要求更高——?dú)饽以谠撐恢酶装l(fā)生觸底。試驗(yàn)1中38 ms之后腹部力曲線的突變便為發(fā)生觸底結(jié)果。

4 討論

由試驗(yàn)1和試驗(yàn)2兩次碰撞試驗(yàn)中假人背板力的反應(yīng)和假人軀干上、中、下加速度的反應(yīng)可知，與E-NCAP中側(cè)面撞柱試驗(yàn)相比，F(xiàn)MVSS214側(cè)面撞柱試驗(yàn)中，假人無(wú)向碰撞側(cè)傾斜現(xiàn)象，碰撞過(guò)程中的接觸為由下至上先后接觸，且接觸時(shí)刻略晚于E-NCAP中的側(cè)面撞柱試驗(yàn)；兩次碰撞試驗(yàn)中的胸部和腹部受力， FMVSS214側(cè)面撞柱試驗(yàn)中假人胸部受力偏小、偏晚；假人腹部受力偏后、偏強(qiáng)。

綜合分析，在FMVSS214的側(cè)面撞柱試驗(yàn)中，柱壁障對(duì)座椅側(cè)前方形成擠壓，將門內(nèi)飾板向側(cè)后方推入。整個(gè)過(guò)程中，對(duì)假人形成擠壓側(cè)推，最終產(chǎn)生單方向背板力Fy，加速度時(shí)序上先下后上，在撞擊力和表現(xiàn)上，腹部受力偏強(qiáng)，胸部受力偏弱。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)FMVSS214和E-NCAP中側(cè)撞柱試驗(yàn)的比對(duì)研究，對(duì)于柱壁障，前者從車輛碰撞側(cè)偏前位置斜向侵入，后者從碰撞側(cè)垂直侵入，兩種碰撞試驗(yàn)中柱壁障侵入方式的差異，最終將造成如下結(jié)果：FMVSS214側(cè)面撞柱試驗(yàn)中，假人向碰撞側(cè)傾斜不明顯，隨門內(nèi)飾板侵入，上半身受力時(shí)序依次為身體的上、中、下。該試驗(yàn)下座椅側(cè)翼阻尼作用小，側(cè)面安全氣囊腹部位置易發(fā)生觸底；E-NCAP側(cè)面撞柱試驗(yàn)中，假人上半身有明顯向碰撞側(cè)傾斜現(xiàn)象，在上半身受力方面，上、中、下位置接觸時(shí)間比較接近。對(duì)于腹部，座椅側(cè)翼能起到一定的保護(hù)作用。試驗(yàn)結(jié)果表明，與當(dāng)前實(shí)施的E-NCAP相比，在用ES2型假人進(jìn)行碰撞時(shí)，F(xiàn)MVSS214試驗(yàn)中假人胸部傷害相對(duì)偏小，腹部傷害相對(duì)偏大；在2015版E-NCAP側(cè)面撞柱試驗(yàn)調(diào)整方案實(shí)施情況下，約束系統(tǒng)開(kāi)發(fā)需要提高對(duì)腹部的保護(hù)作用。

References)

[1]European New Car Assessment Program：Pole Side Impact Testing Protocol (Version5.2， November 2011) [S/OL]. [2014-5-4]. http// www. euroncap.com.

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[3]Euro-NCAP Rating Review Report from the Rating Group(January 2012) [S/OL]. [2014-4-30]. http// www.euroncap.com.

[4]USA Society of Automotive Engineers (USA SAE). SAE J211-1：Instrumentation for Impact Test-Part1-Electronic Instrumentation，REV.MAR95 [S].USA：SAE，2003.

[5]Humanetics Innovative Solutions，User's Manual for EuroSID-2 50th Percentile Side Impact Crash Test Dummy(January 2007) [S/OL]. [2014-5-11]. http://www. humaneticsatd.com.