武永強　劉培偉　婁磊

摘 要：目前，國內外有關汽車內部凸出物試驗的標準中均只將假人頭部作為參考指標;而正面碰撞法規(guī)和C-NCAP（2021版）中均將假人的頭、頸、胸、骨盆、腿等部位損傷值作為衡量汽車安全性能優(yōu)劣的重要評價指標。本文通過滑臺碰撞試驗方法，對汽車內部凸出物試驗測評方法進行研究;結果顯示：假人的頭、頸、胸、腿部均受到不同程度的損傷;尤其是95th假人的骨盆位移量過大，造成假人下半身受到損傷更為嚴重。因此，本文建議乘用車內部凸出物試驗測評方法中，應適度考量假人多個部位及其損傷指標，旨在不斷完善我國汽車安全標準體系，進一步提升汽車安全性能，更好地保護駕乘人員的乘車安全。

關鍵詞：內部凸出物 滑臺碰撞 假人損傷 測評方法

Research on Test and Evaluation Method Based on Interior Fittings of Passenger Car

Wu Yongqiang Liu peiwei Lou Lei

Abstract：At present， the standard of interior fittings test at home and abroad only regards the dummy head as the assessment index. However， the head， neck， chest， pelvis， leg and other parts of the dummy are taken as important evaluation indexes to evaluate the safety performance of vehicles in frontal crash regulations and C-NCAP （version 2021）. In this paper， the dynamic test and evaluation method of vehicle interior fittings is studied by the sled crash test method， the results show that the head， neck， chest and legs of the dummy were damaged in different degrees; Especially， the pelvic displacement of 95th dummy is too large， which makes the lower body of the dummy more seriously damaged. Therefore， it is suggested that multiple parts of the dummy and its damage index should be considered appropriately in the test and evaluation method of passenger car interior fittings， so as to continuously improve the automobile safety standard system in China， further improve the vehicle safety performance， and better protect the safety of drivers and passengers.

Key words：interior fittings; sled crash; dummy injury; evaluation method

1 前言

汽車內部凸出物試驗動態(tài)確定的頭部碰撞區(qū)域試驗目的主要是驗證氣囊、安全帶等約束系統(tǒng)能否對車內乘員進行有效的約束，防止汽車碰撞過程中車內的尖銳部件對乘員造成額外傷害。

目前，國內外汽車內部凸出物相關試驗標準中，只考核汽車儀表板等內飾部件能否豁免假人的頭部發(fā)生接觸，對頭部的損傷值及其它部位的損傷均未提及[1]。然而，在現(xiàn)行的C-NCAP評價體系中均將假人的頭、頸、胸、骨、腿等部位的損傷值作為衡量汽車安全性能優(yōu)劣的重要參考指標[2]。此外，基于多種車型、多種工況下的動態(tài)內凸試驗大數(shù)據(jù)統(tǒng)計，內凸試驗中所用碰撞測試假人通常選較為嚴苛（身材較大、體重較重）的95th男性假人做為考核對象;相比于50th假人，95th假人對汽車安全約束系統(tǒng)的要求會更加嚴苛。因此，在汽車動態(tài)內凸試驗中，研究95th假人多個部位的損傷很有必要，這不僅為了最優(yōu)地保護較大駕乘人員的乘車安全，也為各企業(yè)優(yōu)化汽車約束系統(tǒng)和內飾設計提供了重要的指導意義。

本文依據(jù)C-NCAP評價體系和正面碰撞相關標準，通過滑臺碰撞的方法，對乘用車內部凸出物試驗測評方法進行研究。以身材較大、體重較重的95th假人為研究對象，重點分析研究95th假人的頭部3ms合成加速度、頸部彎矩My、胸部壓縮量、骨盆位移量、腿部力等部位損傷值，旨在不斷提升我國汽車安全性能，降低交通事故傷亡;同時，也為進一步完善乘用車內部凸出物試驗測評方法提供強有力的數(shù)據(jù)支撐和技術支持。

2 內凸試驗現(xiàn)行測評方法及問題簡述

汽車內部凸出物試驗主要是考核在安全帶、氣囊等約束系統(tǒng)的作用下，乘員的頭部是否與儀表板發(fā)生接觸。若試驗中假人的頭部與儀表板沒有發(fā)生接觸，則認為汽車的儀表板能夠豁免乘員頭部發(fā)生碰撞，只需滿足儀表板上下分界線以上區(qū)域能被直徑為165mm的球頭接觸到的部位可被倒圓;若乘員頭部與儀表板發(fā)生接觸，則要先確認碰撞點，再劃定碰撞區(qū)，在劃定的碰撞區(qū)內進行靜態(tài)的吸能、圓角等試驗加以驗證。

雖然在安全帶、氣囊等安全約束系統(tǒng)的作用下，假人的頭部已很難與儀表板等部位發(fā)生接觸[3-4];但是在碰撞加速度和慣性力的共同作用下，假人的頸部、胸部、骨盆、腿部等部位也會受到不同程度的沖擊，尤其是腿部會與汽車IP產生二次撞擊。試驗后假人及汽車儀表內飾狀態(tài)如圖1所示。

然而，現(xiàn)行的乘用車內凸法規(guī)中并未對這些部位制訂明確的考核要求。簡言之，安全帶和氣囊等約束系統(tǒng)雖然可以有效地避免假人頭部與汽車儀表板發(fā)生接觸，但并沒有最優(yōu)地保護好身材高大駕乘員的乘車安全。

3 滑臺碰撞內凸試驗測評方法概述

基于CAE仿真分析材料，參考C-NCAP評價體系，通過采集試驗后假人重點部位的損傷數(shù)值來表征假人的損傷程度，進而探究汽車內凸試驗的測評方法。其中，主要是研究分析假人頭部、頸部、胸部、骨盆、腿部等部位的損傷特性，進一步完善汽車內凸試驗的合格判定標準。

滑臺碰撞方法是一種用臺車進行的模擬碰撞試驗，液壓伺服的加速式臺車精度高、一致性好。汽車內凸試驗滑臺碰撞方法示意圖如圖2所示，一般包括三種不同角度的碰撞工況，分別是：主駕+18°碰撞、副駕0°碰撞和副駕-18°碰撞。

本文通過滑臺碰撞試驗方法，隨機統(tǒng)計幾款不同車型中95th假人分別在+18°、0°和-18°三種碰撞工況下各位部位的損傷數(shù)據(jù)。重點分析假人頭部3ms合成加速度、頸部彎矩My、胸部壓縮量、骨盆加速度和腿部力等損傷指標，來進一步探究汽車內凸試驗測評方法，旨在不斷完善我國汽車安全標準法規(guī)，進一步提升汽車安全性能，降低交通事故傷亡率，更好地保護好駕乘人員的乘車安全。

4 滑臺碰撞試驗假人損傷分析

4.1 假人頭部3ms合成加速度

假人分別在主駕+18°碰撞、副駕0°碰撞和副駕-18°碰撞三種內凸試驗工況條件下，隨機選取4款不同車型的試驗數(shù)據(jù)，95th假人頭部3ms合成加速度結果如圖3所示。

圖3所示的三種內凸試驗工況結果均顯示，95th假人頭部3ms合成加速度的變化趨勢基本完全一致，只是峰值有所不同。如主駕+18°碰撞中，95th假人的頭部3ms合成加速度最大值分別為58.39g、44.68g、45.10g和61.42g;在-18°碰撞工況下，95th假人的頭部3ms合成加速度最大值分別為48.88g、65.24g、51.60g和52.68g;同理，副駕0°碰撞中95th假人的頭部3ms合成加速度最大值分別為65.72g、48.03g、66.70g和63.32g。從圖中可以得知，假人頭部3ms合成加速度并沒有出現(xiàn)明顯的尖峰，表明由于安全帶和氣囊等約束系統(tǒng)的保護，可以有效避免假人頭部與車內儀表板發(fā)生直接接觸。這滿足了現(xiàn)有內凸試驗測評方法中對假人的唯一考核點，即頭部與車內儀表板沒有硬接觸。但結果顯示假人的頭部3ms合成加速度最大值大多維持在60g左右，相對來說比較大，因此有必要進一步確保頭部損傷程度。

4.2 假人頸部彎矩My

假人分別在主駕+18°碰撞、副駕0°碰撞和副駕-18°碰撞三種內凸試驗工況條件下，隨機選取4款不同車型的試驗數(shù)據(jù)，95th假人頸部彎矩My結果如圖4所示。

圖4所示的三種內凸試驗工況結果顯示，主駕+18°碰撞工況中95th假人頸部彎矩My均大于副駕0°碰撞和副駕-18°碰撞工況;如主駕+18°碰撞中，95th假人的頸部彎矩My分別為64.95Nm、47.08Nm、18.95Nm和35.87Nm;副駕-18°碰撞中，95th假人的頸部彎矩My分別為17.90Nm、18.32Nm、13.38Nm和20.25Nm;副駕0°碰撞中，95th假人的頸部彎矩My分別為22.19Nm、20.38Nm、30.49Nm和24.68Nm。這表明了+18°碰撞工況下中假人頸部損傷更為嚴重。這是由于主駕+18°碰撞工況中，由于受到安全帶的約束保護和方向盤存在等影響，限制了胸部向前的運動空間，當假人的胸部與方向盤接觸后停止向前運動，但假人頭部由于慣性會繼續(xù)向前運動，致使假人頭部相對于軀干部分的彎曲程度繼續(xù)加大，即頸部彎矩My變大。尤其是對于身體較大、體重較重的95th假人，造成假人的頸部損傷加重。

4.3 假人胸部壓縮量

胸部壓縮量作為評價乘員胸部傷害程度的重要參考指標，是衡量汽車安全性能優(yōu)劣的重要依據(jù)之一。在C-NCAP評價車型的碰撞損傷數(shù)據(jù)庫中發(fā)現(xiàn)，胸部的得分率最低。本文分別在主駕+18°碰撞、副駕0°碰撞和副駕-18°碰撞三種內凸試驗工況條件下，隨機選取4款不同車型的試驗數(shù)據(jù)，95th假人胸部壓縮變形量結果如圖5所示。

圖5所示的三種內凸試驗工況結果均顯示，95th假人的胸部壓縮量在碰撞過程中的變化趨勢完全一致，僅峰值存在差異。如主駕+18°碰撞中，95th假人的胸部最大壓縮量分別為44.76mm、29.27mm、33.57mm和40.59mm。副駕-18°碰撞中，95th假人的胸部最大壓縮量分別為32.46mm、35.24mm、31.46mm、和28.49mm。副駕0°碰撞中，95th假人的胸部最大壓縮量分別為48.54mm、38.56mm、53.82mm和39.81mm。參考C-NCAP評價體系及乘用車正面偏置碰撞的乘員保護評價方法及假人損傷指標限值，50th假人胸部高性能值是22mm，低性能值是50mm;由此可見，本文試驗結果，胸部表現(xiàn)一般。而且95th假人較于50th更為嚴苛，以此類比，95th假人胸部在碰撞過程中受傷程度更大。這是由于假人受慣性力作用，在碰撞瞬間繼續(xù)向前運動;而安全帶的肩帶和腰帶緊緊的將假人束縛在座椅上，對假人胸部產生較大壓力，尤其身材較大、體重較重的95th假人胸部向前彎曲的程度更大，致使假人胸部下端潰縮，胸部壓縮變形量增大[5-8]。

4.4 假人骨盆位移量

骨盆位移量是衡量汽車安全約束系統(tǒng)對乘員保護效果的重要參考指標之一。通常情況下，假人的骨盆位移量是根據(jù)參考坐標點，結合高速錄像的方法，通過軟件計算得出的，但是受到車身結構及空間的影響，用計算的方法算出骨盆位移量的難度較大且精確度不高[9]。本文試驗中在假人骨盆尾椎處安裝一個獨立的拉線式位移傳感器，通過數(shù)采系統(tǒng)可以直觀地表征骨盆位移量的變化軌跡;本文以某一款車型內凸試驗為例，對比分析95th分別在主駕+18°碰撞、副駕0°碰撞和副駕-18°碰撞三種工況下假人骨盆位移量，結果如圖6所示。

參考GB 14166-2013中相關要求，假人骨盆位移量的限值為200mm。圖6中試驗結果表明：95th假人骨盆在三種碰撞工況中骨盆的最大位移量均超過了限值，分別達到了221.431mm、253.783mm和256.28mm，表明了約束系統(tǒng)并沒有最優(yōu)的保護好較大乘員的乘車安全。同時，結合試驗錄像回放及圖1所示的試驗后假人與儀表板的接觸痕跡，明顯看到假人膝蓋和小腿上半部分的顏料印在了儀表板上，表明在激烈的碰撞過程和有限的車內空間中，假人腿部和儀表板之間發(fā)生了較大的撞擊。這是由于在碰撞加速度和慣性力的共同作用下，假人在碰撞瞬間繼續(xù)保持向前運動的趨勢。而95th假人在體重、尺寸等方面比50th假人更大，造成了安全帶、氣囊等汽車安全約束系統(tǒng)不能最大限度的將95th假人束縛在座椅上，達不到像保護50th假人那樣的約束效果，即不能最優(yōu)保護身高偏高、體重偏重的乘員。較大的骨盆位移量會使得假人與汽車內飾部件之間發(fā)生劇烈的撞擊，這將會對乘員的膝部、腿部受到較大的傷害。

4.5 假人左/右大腿力

由于在劇烈的碰撞過程中，腿部往往會和車內儀表板發(fā)生二次撞擊。95th假人腿部運動空間更狹小。為了便于研究假人腿部傷害，試驗前在假人的膝部和腿部涂上不同顏色的顏料，以此來判斷碰撞后是否與儀表發(fā)生接觸及接觸部位。本文分別在主駕+18°碰撞、副駕0°碰撞和副駕-18°碰撞三種內凸試驗工況條件下，隨機選取4款不同車型的試驗數(shù)據(jù)，95th假人左/右大腿力的損傷數(shù)值結果分別如圖7和圖8所示。

圖7和圖8表明在內凸試驗三種碰撞工況中，假人的大腿力均受到不同程度的損傷。尤其是結合試驗錄像及本文3.4假人骨盆位移量試驗結果分析，表明安全帶等約束系統(tǒng)并沒有最優(yōu)的保護好較大的95th假人的下半身;而且，較大的碰撞加速度以及有限的車內空間，導致了假人的膝部及小腿與汽車的儀表板產生了直接撞擊，如圖1所示?，F(xiàn)行的C-NCAP評價體系和正面碰撞試驗標準中均把假人腿部損傷作為評價汽車安全性能優(yōu)劣的重要考量指標，也充分說明了腿部損傷指標的重要性。因此，腿部損傷也應作為汽車內凸試驗測評指標之一。

5 結論

本文依據(jù)C-NCAP評價體系和正面碰撞相關標準，通過滑臺碰撞試驗方法，對汽車內部凸出物試驗測評方法進行研究，結果得出：

1、試驗結果顯示：95th假人假人的頭、頸、胸、腿部均受到不同程度的損傷;尤其是假人的骨盆位移量過大，造成假人下半身損傷更為嚴重。這表明內凸試驗中，氣囊和安全帶等汽車安全約束系統(tǒng)未能有效將95th假人束縛在座椅上，即未能最優(yōu)保護好身材高大、體重較重的駕乘人員的安全。

2、現(xiàn)有的內凸標準中假人損傷測評方法僅考慮頭部是否接觸儀表等內飾而不考核假人其它部位損傷情況;結合本文的試驗結果，建議乘用車內部凸出物試驗測評方法中，應適度考量假人多個部位及其損傷指標，旨在不斷完善我國汽車安全標準體系，進一步提升汽車安全性能，更好地保護駕乘人員的乘車安全。

參考文獻：

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