劉暉 楊俊瑋 楊佳宙 張桂明

摘要：為了分析離位乘員正面碰撞試驗(yàn)中采樣時(shí)長對(duì)假人傷害值的影響，本文以駕駛員位置的HIII-5F假人為研究對(duì)象，對(duì)假人三個(gè)主要部位（頭、頸、胸）的傷害值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，研究了兩種采樣時(shí)長125ms與200ms下假人各主要部位的傷害情況。結(jié)果表明：不同采樣時(shí)長對(duì)假人頭部傷害以及胸部傷害指標(biāo)未產(chǎn)生影響，在不同采樣時(shí)長中，氣囊的展開狀態(tài)以及假人在不同時(shí)刻身體各部位運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的差異，均會(huì)對(duì)頸部傷害指標(biāo)產(chǎn)生影響。

關(guān)鍵詞：正面離位乘員試驗(yàn);HIII-5F;采樣時(shí)長;傷害指標(biāo)

0? 引言

隨著人們安全意識(shí)的不斷提升，汽車安全越來越受到社會(huì)的重視。安全氣囊是降低乘員傷害的重要裝置，對(duì)降低乘員傷亡起著不可替代的作用[1]，但是當(dāng)身材矮小的女性與兒童位于前排并處于非正常乘坐姿態(tài)（即離位乘員）時(shí)，安全氣囊會(huì)提前與乘員接觸，造成致命損傷[2]。美國頒布并多次修訂聯(lián)邦機(jī)動(dòng)車安全法規(guī)FMVSS 208，該法規(guī)詳細(xì)介紹了第五百分位女性假人DAB低風(fēng)險(xiǎn)展開與兒童假人PAB低風(fēng)險(xiǎn)展開試驗(yàn)方法，以降低氣囊對(duì)離位乘員的傷害，其中針對(duì)第五百分位女性假人規(guī)定的數(shù)據(jù)采樣時(shí)長為125ms[3];2019年5月，我國頒布了《GB_T 37437—2019正面安全氣囊離位乘員保護(hù)技術(shù)要求》（后文簡(jiǎn)稱國標(biāo)），該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了前排正面安全氣囊離位乘員保護(hù)的試驗(yàn)方法和技術(shù)要求，進(jìn)一步完善了國內(nèi)乘員保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定數(shù)據(jù)的采樣時(shí)長為200ms[4]。

國內(nèi)許多相關(guān)學(xué)者對(duì)OOP（out of position）工況下假人的傷害情況進(jìn)行了深入的研究，并取得了一定的研究成果[5-7]。然而，目前針對(duì)OOP正面碰撞對(duì)假人的傷害研究大多采用CAE分析的方法，并且關(guān)于采樣時(shí)長對(duì)OOP正面碰撞試驗(yàn)中假人傷害值影響的研究相對(duì)較少。本文在大量OOP正面碰撞試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)假人頭部，胸部和頸部的傷害值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并結(jié)合試驗(yàn)時(shí)的高速攝像視頻，分析了氣囊展開過程各個(gè)階段對(duì)假人不同部位的沖擊作用以及假人離開氣囊后不同部位之間的相互作用，研究了采用兩種采樣時(shí)長125ms與200ms對(duì)三個(gè)部位傷害值的影響。

1? 數(shù)據(jù)分析

1.1 假人頭部與胸部損傷指標(biāo)分析

依照FMVSS 208法規(guī)與國標(biāo)相關(guān)試驗(yàn)要求進(jìn)行17次離位乘員正面碰撞試驗(yàn)，試驗(yàn)假人選用位于駕駛員位置的HIII-5F假人，其中包括兩種姿態(tài)，分別為：下巴在氣囊模塊上，頭與頸靠近氣囊模塊（driver Position 1），下巴在方向盤邊緣上，頸與胸靠近氣囊模塊（driver Position 2），兩種姿態(tài)如圖1所示。后文兩種姿態(tài)分別用A和B表示，其中頭部傷害指標(biāo)考察HIC15，頸部傷害指標(biāo)考察Nij、頸部軸向力、彎曲/伸展力矩和扭矩，胸部傷害指標(biāo)考察胸部3ms合成加速度、胸部壓縮量以及胸部壓縮速率三項(xiàng)指標(biāo)。各傷害評(píng)估參考值如表1所示。

為了研究采樣時(shí)長對(duì)假人傷害值的影響，本文引入新的指標(biāo)，即200ms相對(duì)125ms采樣時(shí)長條件下的傷害指標(biāo)改變率，將其作為對(duì)比兩種采樣時(shí)長對(duì)傷害值影響的指標(biāo)，200ms相對(duì)125ms采樣時(shí)長條件下頭部和胸部傷害指標(biāo)的改變率如表2所示。

由表2可知，在兩種姿態(tài)下分別采用200ms與125ms采樣時(shí)長獲得的假人頭部與胸部損傷指標(biāo)數(shù)值相等，即說明采樣時(shí)長對(duì)頭部與胸部傷害指標(biāo)未產(chǎn)生影響。

1.2 假人頸部傷害指標(biāo)分析

頸部傷害指標(biāo)主要考察頸部載荷極限綜合指標(biāo)Nij，頸部軸向載荷，剪切載荷，彎矩以及扭矩，200ms相對(duì)125ms采樣時(shí)長條件下17組試驗(yàn)頸部傷害指標(biāo)改變率如表3所示。

分析表3可知，采樣時(shí)長未對(duì)兩種姿態(tài)中頸部軸向拉伸載荷（Neck-AxialFzT）指標(biāo)產(chǎn)生影響;采樣時(shí)長對(duì)兩種坐姿下其余六種頸部傷害指標(biāo)均有影響;119個(gè)傷害指標(biāo)中出現(xiàn)增長的數(shù)據(jù)占比為21%，其中軸向拉伸載荷、彎曲與伸展彎矩的增長數(shù)據(jù)占比最多。頸部載荷極限綜合指標(biāo)Nij的計(jì)算公式如下式所示，兩種采樣時(shí)長條件下17組試驗(yàn)Nij的改變率如表4所示。

由表4可知，采樣時(shí)長對(duì)壓縮-伸展（NCF）、壓縮-彎曲（NCE）指標(biāo)產(chǎn)生影響，其中，在坐姿A姿態(tài)下，采樣時(shí)長對(duì)NCE有顯著影響;采樣時(shí)長對(duì)對(duì)拉伸-伸展（NTF）、拉伸-彎曲（NTE）指標(biāo)無影響。

2? 結(jié)論

本文統(tǒng)計(jì)分析了17次OOP正面碰撞試驗(yàn)中采樣時(shí)長對(duì)假人頭部、胸部和頸部傷害值的影響，針對(duì)頸部的傷害差異總結(jié)了三種試驗(yàn)類型，并選取三個(gè)典型試驗(yàn)進(jìn)行了詳細(xì)的分析，結(jié)論如下：

①采樣時(shí)長對(duì)假人頭部與胸部的傷害值未產(chǎn)生影響;

②不同采樣時(shí)長、不同姿態(tài)中頸部軸向拉伸載荷指標(biāo)未產(chǎn)生影響;對(duì)兩種坐姿下軸向拉伸載荷、彎曲、伸展彎矩產(chǎn)生影響;對(duì)Nij壓縮-伸展、壓縮-彎曲指標(biāo)產(chǎn)生影響;其中坐姿頭與頸靠近氣囊模塊時(shí)壓縮-彎曲指標(biāo)有顯著影響;采樣時(shí)長對(duì)對(duì)拉伸-伸展、拉伸-彎曲指標(biāo)無影響。

根據(jù)上述結(jié)論，不同采樣時(shí)長會(huì)對(duì)OOP正面碰撞試驗(yàn)中假人的傷害值產(chǎn)生影響。采用國標(biāo)GB_T 37437—2019規(guī)定的200ms采樣時(shí)長獲得的假人傷害值更能真實(shí)反映目前中國市場(chǎng)氣囊對(duì)假人的傷害程度。

參考文獻(xiàn)：

[1]繆建洲.汽車乘員約束系統(tǒng)及其新發(fā)展[J].電子機(jī)械工程，2012，28（3）：7-11.

[2]張學(xué)榮，周進(jìn)寶，黃碩，等.3歲離位兒童損傷機(jī)理研究[J]. 汽車技術(shù)，2016（10）：48-52.

[3]FMVSS 208， FEDERAL MOTOR VEHICLE SAFETY STANDARDS[S].

[4]GB/T 37437-2019，正面安全氣囊 離位乘員保護(hù)技術(shù)要求[S].

[5]陸善彬，劉立勇，張君媛，等.安全氣囊仿真技術(shù)在乘員離位模擬中的應(yīng)用研究[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2009， 32（12）：1793-1795.

[6]孫小光，商恩義，師玉濤，等.基于正面離位乘員保護(hù)的安全氣囊優(yōu)化[J].汽車技術(shù)，2014（11）：54-56.

[7]杜亮，張紹衛(wèi)，朱西產(chǎn).正面100%RB碰撞中假人頸部My傷害分析[J].上海汽車，2011（4）：54-59.