栗國(guó)，方取玉，李根

（1.中國(guó)汽車技術(shù)研究中心，天津 300300；2. 奇瑞汽車股份有限公司，安徽 蕪湖 241009）

某車型WorldSID假人的胸部傷害優(yōu)化

栗國(guó)1，方取玉2，李根1

（1.中國(guó)汽車技術(shù)研究中心，天津 300300；2. 奇瑞汽車股份有限公司，安徽 蕪湖 241009）

WorldSID假人由于其較高的仿真度，被越來越多的NCAP機(jī)構(gòu)選用，代替以往的ES-2側(cè)碰假人。我國(guó)2018版C-NCAP也確定使用WorldSID假人進(jìn)行側(cè)碰試驗(yàn)。WorldSID假人與ES-2假人在外形、構(gòu)造、傳感器以及動(dòng)力學(xué)響應(yīng)等方面均存在顯著差異，因此基于兩種假人的傷害值優(yōu)化方法也會(huì)存在一定的差異。本文以某車型為研究目標(biāo)，建立仿真模型，對(duì) WorldSID假人胸部傷害的優(yōu)化方法進(jìn)行研究。結(jié)果表明：提前點(diǎn)火時(shí)間對(duì)假人胸部傷害值的影響較小，加強(qiáng)門檻及B柱材料強(qiáng)度、調(diào)整側(cè)氣囊氣孔大小以及控制扶手凸出量是有效的傷害值優(yōu)化方法。

WorldSID；胸部傷害；仿真；優(yōu)化

前言

近年來，側(cè)面碰撞事故在全球的交通事故中所占比例逐年升高，對(duì)于側(cè)面碰撞的研究及假人傷害優(yōu)化已經(jīng)成為重點(diǎn)研究問題。同時(shí)，世界各國(guó)均推出了一系列評(píng)價(jià)體系，來表征車型安全性能，且評(píng)價(jià)方法日益嚴(yán)苛。在側(cè)面碰撞評(píng)價(jià)試驗(yàn)中，大多數(shù)國(guó)家選擇ES-2假人進(jìn)行碰撞試驗(yàn)，但其生物仿真度較低，因此迫切需要一種高生物仿真度的新型假人。

在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織的倡導(dǎo)下，新型的側(cè)面碰撞假人WorldSID假人應(yīng)運(yùn)而生，與傳統(tǒng)的ES-2假人，其仿真高較高，且更接近真實(shí)的人體[1]。WorldSID假人得到了各國(guó)汽車安全檢測(cè)機(jī)構(gòu)的認(rèn)可，Euro NCAP早在2015年就確定使用WorldSID假人來進(jìn)行側(cè)面碰撞試驗(yàn)，代替原來的ES-2假人。我國(guó)C-NCAP管理中心目前也已經(jīng)確定，在未來的2018版C-NCAP評(píng)價(jià)中，使用WorldSID假人來進(jìn)行側(cè)面碰撞試驗(yàn)，逐步與國(guó)際接軌[2]。

WorldSID假人與ES-2假人在外形區(qū)別較大，如圖1所示。另外，二者在構(gòu)造、傳感器及動(dòng)力學(xué)響應(yīng)方面均有較大差異，因此國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)WorldSID假人的特性以及其與ES-2假人的區(qū)別進(jìn)行了大量研究。劉玉云等用靜態(tài)沖擊的方法對(duì)兩種假人進(jìn)行了研究，WorldSID假人整體上的剛度比 ES-2低，當(dāng)承受相同y向沖擊時(shí)，WorldSID假人受力更低，加速度更低，肋骨位移更大[3]。李麗等通過Madymo仿真研究發(fā)現(xiàn)兩種假人在各部位的響應(yīng)曲線表現(xiàn)出不同的趨勢(shì)與峰值，主要原因是由于 WorldSID假人的肩部運(yùn)動(dòng)影響了假人整體的運(yùn)動(dòng)過程[4]。劉喜龍等通過仿真計(jì)算對(duì)兩種假人進(jìn)行了對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)二者在各部位傷害值趨勢(shì)上也呈現(xiàn)出不同的響應(yīng)[5]。

圖1 WorldSID（藍(lán)色）和ES-2（紅色）外形對(duì)比圖

盡管很多學(xué)者對(duì)兩種側(cè)碰假人進(jìn)行了對(duì)比研究，但是對(duì)于 WorldSID假人的傷害值優(yōu)化方法研究較少。本文主要對(duì)WorldSID假人的胸部傷害值優(yōu)化方法進(jìn)行探索和研究，為新車型的乘員保護(hù)開發(fā)提供參考意見。

1 分析方法

本文以某車型為研究對(duì)象，通過Ls-Dyna軟件建立側(cè)面碰撞仿真模型，按照2018版C-NCAP法規(guī)加載側(cè)碰大壁障，計(jì)算出整車側(cè)面加速度以及入侵量。以該計(jì)算結(jié)果作為輸入條件，將側(cè)面車門、B柱、門檻、內(nèi)飾、側(cè)氣囊、側(cè)氣簾等零部件提取出來作為乘員空間，調(diào)用 WorldSID假人，建立側(cè)面碰撞假人模型，如果2所示。

通過計(jì)算，得出假人胸部傷害曲線，即上、中、下肋骨位移量，如圖3所示。在2018版C-NCAP大壁障撞擊下，WorldSID假人胸部傷害嚴(yán)重，肋骨位移超過扣分限值，其中上肋為31.6mm，中肋為34.1mm，下肋為31.9mm。而對(duì)假人胸部傷害影響較大的因素有：車身核心結(jié)構(gòu)件強(qiáng)度，側(cè)氣囊參數(shù)，以及扶手凸出量等，本文主要針對(duì)以上影響因素進(jìn)行優(yōu)化，尋找有效的 WorldSID假人胸部?jī)?yōu)化方法，為今后的車型側(cè)面安全性能開發(fā)提供參考。

圖2 WorldSID側(cè)面碰撞仿真模型

圖3 WorldSID側(cè)面碰撞仿真模型

2 車身結(jié)構(gòu)優(yōu)化

2018版 C-NCAP側(cè)碰試驗(yàn)中將使用側(cè)面大壁障來進(jìn)行側(cè)碰測(cè)試，其質(zhì)量比以往C-NCAP側(cè)碰試驗(yàn)中使用的側(cè)碰壁障重，因此在相同側(cè)面結(jié)構(gòu)下，大壁障撞擊后的車身加速度以及車門入侵量會(huì)有所增加。

加強(qiáng)B柱內(nèi)外板以及門檻內(nèi)外板材料后發(fā)現(xiàn)，車身加速度及入侵量均得到優(yōu)化，相應(yīng)的假人胸部傷害也明顯降低。上肋、中肋及下肋骨位移量均降低6mm左右，如表1所示。

核心結(jié)構(gòu)件加強(qiáng)的方法包括材料型號(hào)加強(qiáng)或材料厚度加厚，可根據(jù)成本等因素進(jìn)行選擇。在車身結(jié)構(gòu)CAE設(shè)計(jì)過程中，推薦B柱最大入侵量不高于130mm，B柱最大入侵速度不高于7.5m/s；門檻最大入侵量不高于40mm。滿足該條件的基礎(chǔ)上，進(jìn)行側(cè)氣囊參數(shù)優(yōu)化，假人胸部扣分的風(fēng)險(xiǎn)較低。

表1 核心結(jié)構(gòu)件優(yōu)化結(jié)果

3 側(cè)氣囊參數(shù)優(yōu)化

由于WorldSID假人的胸部輪廓比ES-2假人更寬，因此在碰撞過程中，接觸也會(huì)較ES-2假人更早，因此若提前氣囊點(diǎn)火時(shí)間，提前氣囊和假人的接觸時(shí)間，讓氣囊更早發(fā)揮緩沖作用，可能會(huì)對(duì)胸部傷害值起到一定降低作用。在仿真模型中，以加強(qiáng)核心結(jié)構(gòu)件的模型為基礎(chǔ)，將側(cè)氣囊的點(diǎn)火時(shí)間由10ms降低到7ms，計(jì)算結(jié)果如表2中所示。結(jié)果表明，點(diǎn)火時(shí)間提前，對(duì)假人傷害值影響很小，僅有0.1~0.2mm的優(yōu)化，因此可以判斷，側(cè)氣囊的軟硬程度對(duì)假人胸部位移的影響更大。為了驗(yàn)證方案有效性，同時(shí)計(jì)算了8ms以及9ms時(shí)刻點(diǎn)火的方案，變化趨勢(shì)與7ms基本一致。

通過觀察模型動(dòng)畫發(fā)現(xiàn)，假人胸部位移峰值時(shí)刻，氣囊仍然有一定厚度，并無穿透現(xiàn)象，因此可以判斷氣囊偏硬，對(duì)假人胸部產(chǎn)生了作用力。通過模型中將氣孔由17mm增大至20mm后，計(jì)算結(jié)果如表2中所示。結(jié)果表明：氣孔優(yōu)化可以有效降低假人胸部位移，上、中、下肋骨均有 9mm左右的降低，優(yōu)化效果顯著。通過動(dòng)畫觀察，側(cè)氣囊并未出現(xiàn)穿透現(xiàn)象，表明氣囊緩沖作用較好。

表2 側(cè)氣囊參數(shù)優(yōu)化結(jié)果

4 扶手凸出量?jī)?yōu)化

根據(jù)以上方案計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，所有方案的計(jì)算值中，中肋位移量總是大于上肋及下肋位移量。從仿真模型中可以看到，車門的扶手位置與假人中肋及下肋骨平齊，且經(jīng)過測(cè)量，該車型的扶手凸出量為 70mm。在碰撞過程中，扶手會(huì)擠壓到假人的中肋及下肋，因此導(dǎo)致中肋和下肋位移量比上肋位移量高。

表3 扶手凸出量?jī)?yōu)化結(jié)果

在核心結(jié)構(gòu)件及氣孔均優(yōu)化后的基礎(chǔ)上，將扶手凸出量從70mm降低至50mm，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，假人中肋及下肋的位移量均有明顯降低，如表3所示。因此，在初期CAS校核過程中，要對(duì)車門內(nèi)飾凸出量進(jìn)行嚴(yán)格控制，避免造成假人胸部傷害偏大。

5 結(jié)論

本文以某車型為研究目標(biāo)，建立仿真模型，對(duì)WorldSID假人胸部傷害的優(yōu)化方法進(jìn)行研究。結(jié)果表明：

（1）加強(qiáng)門檻及 B柱等核心結(jié)構(gòu)材料是控制假人傷害值的前提，由于大壁障質(zhì)量比之前的壁障高，且新版?zhèn)扰雠_(tái)車位置也較老版高，在核心結(jié)構(gòu)材料不變的情況下，車身加速度以及車門入侵量必然會(huì)增加。因此，需要加強(qiáng)側(cè)面車身核心結(jié)構(gòu)件。

（2）提前點(diǎn)火時(shí)間對(duì)假人胸部傷害值的影響較小，基于WorldSID假人的氣囊點(diǎn)火時(shí)間可以延用基于ES-2假人的氣囊點(diǎn)火時(shí)間。

（3）在氣囊發(fā)生器與整車匹配的前提下，調(diào)節(jié)氣囊氣孔尺寸依然是最有效的降低假人傷害值的方法。

（4）控制扶手凸出量也可以降低假人胸部傷害，尤其對(duì)于與扶手位置重疊的肋骨位移量。

[1] 劉磊,朱海濤,李充,等. WorldSID 50 百分位男性假人研究 [J]. 天津科技,2014,41（8）：50-54.

[2] C-NCAP評(píng)價(jià)規(guī)則（2018版）[S].

[3] 劉玉云,岳鵬,鄭顥,等. 基于靜態(tài)沖擊的WorldSID與ES-2假人特性對(duì)比研究[J]. 汽車工程學(xué)報(bào),2016,6（6）：460-465.

[4] 李麗,朱西產(chǎn),馬志雄,等. 基于Madymo的WorldSID和 ES2假人性能比較[J].佳木斯大學(xué)學(xué)報(bào),2013,31（6）：822-828.

[5] 劉喜龍,董麗萍,朱西產(chǎn),等. 2015年Euro NCAP側(cè)碰規(guī)程變化的影響研究. 第十一屆國(guó)際汽車交通安全論壇論文集：[C].重慶：2014.435-443.

Chest Injury Optimization of WorldSID Dummy for a Car Model

Li Guo1, Fang Quyu2, Li Gen1
（1. China Automotive Technology & Research Center, TianJin 300300; 2. Chery Automobile Co., Ltd., Anhui wuhu 241009）

Due tothe high simulation degree, WorldSID dummy has been chosen by more and more NCAP organizations to replace the ES-2 dummy. The 2018 edition of C-NCAP also determinedto use WorldSID dummy for side impact tests.There are significant differences in shape, structure, sensor and dynamic response between WorldSID dummy and ES-2 dummy, so the injury optimization methodbased on there two dummies would also be different. A car was chosen as the research object in this paper, and the optimization method of WorldSID dummy chest injury was studied by simulation.The results showed that the effect of ignition time on the chest injury wassmall, and the effective method was strengthening the threshold and the B pillar material, adjusting the size of the side airbag hole and controlling the amount of handrails protruding.

WorldSID; chest injury; simulation; optimization

CLC NO.: U467.1+4 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)12-154-03

U467.1+4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7988 (2017)12-154-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.12.051

栗國(guó)，碩士研究生，工程師，就職于中國(guó)汽車技術(shù)研究中心，主要從事汽車被動(dòng)安全方面的研究。