武永強(qiáng)　劉培偉　婁磊

摘 要：目前，國內(nèi)外有關(guān)汽車內(nèi)部凸出物試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)中均只將假人頭部作為參考指標(biāo);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(jià)指標(biāo)。本文通過滑臺碰撞試驗(yàn)方法，對汽車內(nèi)部凸出物試驗(yàn)測評方法進(jìn)行研究;結(jié)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(yán)重。因此，本文建議乘用車內(nèi)部凸出物試驗(yàn)測評方法中，應(yīng)適度考量假人多個(gè)部位及其損傷指標(biāo)，旨在不斷完善我國汽車安全標(biāo)準(zhǔn)體系，進(jìn)一步提升汽車安全性能，更好地保護(hù)駕乘人員的乘車安全。

關(guān)鍵詞：內(nèi)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(nèi)部凸出物試驗(yàn)動態(tài)確定的頭部碰撞區(qū)域試驗(yàn)?zāi)康闹饕球?yàn)證氣囊、安全帶等約束系統(tǒng)能否對車內(nèi)乘員進(jìn)行有效的約束，防止汽車碰撞過程中車內(nèi)的尖銳部件對乘員造成額外傷害。

目前，國內(nèi)外汽車內(nèi)部凸出物相關(guān)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中，只考核汽車儀表板等內(nèi)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(jià)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(biāo)[2]。此外，基于多種車型、多種工況下的動態(tài)內(nèi)凸試驗(yàn)大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，內(nèi)凸試驗(yàn)中所用碰撞測試假人通常選較為嚴(yán)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(yán)苛。因此，在汽車動態(tài)內(nèi)凸試驗(yàn)中，研究95th假人多個(gè)部位的損傷很有必要，這不僅為了最優(yōu)地保護(hù)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(nèi)飾設(shè)計(jì)提供了重要的指導(dǎo)意義。

本文依據(jù)C-NCAP評價(jià)體系和正面碰撞相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，通過滑臺碰撞的方法，對乘用車內(nèi)部凸出物試驗(yàn)測評方法進(jìn)行研究。以身材較大、體重較重的95th假人為研究對象，重點(diǎn)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(shí)，也為進(jìn)一步完善乘用車內(nèi)部凸出物試驗(yàn)測評方法提供強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支撐和技術(shù)支持。

2 內(nèi)凸試驗(yàn)現(xiàn)行測評方法及問題簡述

汽車內(nèi)部凸出物試驗(yàn)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(yàn)中假人的頭部與儀表板沒有發(fā)生接觸，則認(rèn)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(rèn)碰撞點(diǎn)，再劃定碰撞區(qū)，在劃定的碰撞區(qū)內(nèi)進(jìn)行靜態(tài)的吸能、圓角等試驗(yàn)加以驗(yàn)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(chǎn)生二次撞擊。試驗(yàn)后假人及汽車儀表內(nèi)飾狀態(tài)如圖1所示。

然而，現(xiàn)行的乘用車內(nèi)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(hù)好身材高大駕乘員的乘車安全。

3 滑臺碰撞內(nèi)凸試驗(yàn)測評方法概述

基于CAE仿真分析材料，參考C-NCAP評價(jià)體系，通過采集試驗(yàn)后假人重點(diǎn)部位的損傷數(shù)值來表征假人的損傷程度，進(jìn)而探究汽車內(nèi)凸試驗(yàn)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(jìn)一步完善汽車內(nèi)凸試驗(yàn)的合格判定標(biāo)準(zhǔn)。

滑臺碰撞方法是一種用臺車進(jìn)行的模擬碰撞試驗(yàn)，液壓伺服的加速式臺車精度高、一致性好。汽車內(nèi)凸試驗(yàn)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(yàn)方法，隨機(jī)統(tǒng)計(jì)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(diǎn)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(biāo)，來進(jìn)一步探究汽車內(nèi)凸試驗(yàn)測評方法，旨在不斷完善我國汽車安全標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)，進(jìn)一步提升汽車安全性能，降低交通事故傷亡率，更好地保護(hù)好駕乘人員的乘車安全。

4 滑臺碰撞試驗(yàn)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(nèi)凸試驗(yàn)工況條件下，隨機(jī)選取4款不同車型的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，95th假人頭部3ms合成加速度結(jié)果如圖3所示。

圖3所示的三種內(nèi)凸試驗(yàn)工況結(jié)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(hù)，可以有效避免假人頭部與車內(nèi)儀表板發(fā)生直接接觸。這滿足了現(xiàn)有內(nèi)凸試驗(yàn)測評方法中對假人的唯一考核點(diǎn)，即頭部與車內(nèi)儀表板沒有硬接觸。但結(jié)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(jìn)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(nèi)凸試驗(yàn)工況條件下，隨機(jī)選取4款不同車型的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，95th假人頸部彎矩My結(jié)果如圖4所示。

圖4所示的三種內(nèi)凸試驗(yàn)工況結(jié)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(yán)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(hù)和方向盤存在等影響，限制了胸部向前的運(yùn)動空間，當(dāng)假人的胸部與方向盤接觸后停止向前運(yùn)動，但假人頭部由于慣性會繼續(xù)向前運(yùn)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(jià)乘員胸部傷害程度的重要參考指標(biāo)，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(jià)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(nèi)凸試驗(yàn)工況條件下，隨機(jī)選取4款不同車型的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，95th假人胸部壓縮變形量結(jié)果如圖5所示。

圖5所示的三種內(nèi)凸試驗(yàn)工況結(jié)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(jià)體系及乘用車正面偏置碰撞的乘員保護(hù)評價(jià)方法及假人損傷指標(biāo)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(yàn)結(jié)果，胸部表現(xiàn)一般。而且95th假人較于50th更為嚴(yán)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(yùn)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(chǎn)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(hù)效果的重要參考指標(biāo)之一。通常情況下，假人的骨盆位移量是根據(jù)參考坐標(biāo)點(diǎn)，結(jié)合高速錄像的方法，通過軟件計(jì)算得出的，但是受到車身結(jié)構(gòu)及空間的影響，用計(jì)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(yàn)中在假人骨盆尾椎處安裝一個(gè)獨(dú)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(nèi)凸試驗(yàn)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(jié)果如圖6所示。

參考GB 14166-2013中相關(guān)要求，假人骨盆位移量的限值為200mm。圖6中試驗(yàn)結(jié)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(dá)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(hù)好較大乘員的乘車安全。同時(shí)，結(jié)合試驗(yàn)錄像回放及圖1所示的試驗(yàn)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(nèi)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(yùn)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(dá)不到像保護(hù)50th假人那樣的約束效果，即不能最優(yōu)保護(hù)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(nèi)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(nèi)儀表板發(fā)生二次撞擊。95th假人腿部運(yùn)動空間更狹小。為了便于研究假人腿部傷害，試驗(yàn)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(nèi)凸試驗(yàn)工況條件下，隨機(jī)選取4款不同車型的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，95th假人左/右大腿力的損傷數(shù)值結(jié)果分別如圖7和圖8所示。

圖7和圖8表明在內(nèi)凸試驗(yàn)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(jié)合試驗(yàn)錄像及本文3.4假人骨盆位移量試驗(yàn)結(jié)果分析，表明安全帶等約束系統(tǒng)并沒有最優(yōu)的保護(hù)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(nèi)空間，導(dǎo)致了假人的膝部及小腿與汽車的儀表板產(chǎn)生了直接撞擊，如圖1所示?，F(xiàn)行的C-NCAP評價(jià)體系和正面碰撞試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中均把假人腿部損傷作為評價(jià)汽車安全性能優(yōu)劣的重要考量指標(biāo)，也充分說明了腿部損傷指標(biāo)的重要性。因此，腿部損傷也應(yīng)作為汽車內(nèi)凸試驗(yàn)測評指標(biāo)之一。

5 結(jié)論

本文依據(jù)C-NCAP評價(jià)體系和正面碰撞相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，通過滑臺碰撞試驗(yàn)方法，對汽車內(nèi)部凸出物試驗(yàn)測評方法進(jìn)行研究，結(jié)果得出：

1、試驗(yàn)結(jié)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(yán)重。這表明內(nèi)凸試驗(yàn)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(hù)好身材高大、體重較重的駕乘人員的安全。

2、現(xiàn)有的內(nèi)凸標(biāo)準(zhǔn)中假人損傷測評方法僅考慮頭部是否接觸儀表等內(nèi)飾而不考核假人其它部位損傷情況;結(jié)合本文的試驗(yàn)結(jié)果，建議乘用車內(nèi)部凸出物試驗(yàn)測評方法中，應(yīng)適度考量假人多個(gè)部位及其損傷指標(biāo)，旨在不斷完善我國汽車安全標(biāo)準(zhǔn)體系，進(jìn)一步提升汽車安全性能，更好地保護(hù)駕乘人員的乘車安全。

參考文獻(xiàn)：

[1]全國汽車標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.《乘用車內(nèi)部凸出物》：GB 11552-2009.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

[2]中國新車評價(jià)規(guī)程（C-NCAP）2021版.

[3]葛如海.汽車正面碰撞乘員約束系統(tǒng)匹配研究[D].鎮(zhèn)江：江蘇大學(xué)，2007.

[4]喬維高，張?jiān)?汽車正面碰撞中乘員約束系統(tǒng)對乘員的保護(hù)分析[J].上海汽車.2008：18-20.

[5]全國汽車標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.《乘用車正面偏置碰撞的乘員保護(hù)》：GB/T 20913-2007.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007.

[6]賴興華，等.汽車碰撞工況下乘員胸部損傷評價(jià)的最新進(jìn)展.汽車安全與節(jié)能國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，清華大學(xué)汽車工程系.2010，中國汽車安全技術(shù)國際研討會.

[7]商恩義，周大永，劉衛(wèi)國，韓剛.某車偏置碰撞中假人胸部壓縮變形量偏大的影響因素。[J]汽車安全與節(jié)能學(xué)報(bào)，2016年，第7卷，第1期，60-65.

[8]黎海兵，胡寧，張成偉.安全帶和安全氣囊對乘員胸部的影響。[J]上海工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，28（1）：25-29.

[9]李佳耀，尹長青，崔泰松，趙會。臺車試驗(yàn)假人骨盆運(yùn)動軌跡測量方法研究.[C]第十六屆中國汽車安全技術(shù)國際研討會，2013，452-456.