王友俊　劉燦燦　閆肅軍

摘 要：為了研究側(cè)面可移動(dòng)變形壁障碰撞（AE-MDB）與側(cè)面柱碰撞中假人損傷情況，本文選取同一純電動(dòng)A級(jí)轎車，分別進(jìn)行AE-MDB與側(cè)面柱碰撞試驗(yàn)，對(duì)駕駛員位置的WorldSid假人的損傷情況進(jìn)行對(duì)比研究。結(jié)果表明，側(cè)面柱碰撞中假人頭部損傷更大;但AE-MDB中假人的胸部肋骨壓縮量、腹部肋骨壓縮量、恥骨合力更大。同時(shí)，相比于側(cè)面柱碰試驗(yàn)，AE-MDB試驗(yàn)中假人損傷曲線更早達(dá)到峰值。

關(guān)鍵詞：側(cè)面可移動(dòng)變形壁障碰撞 側(cè)面柱碰撞 假人損傷

1 前言

隨著人民生活水平的提高，汽車已經(jīng)逐步成為日常生活中的主要代步工具。而隨著汽車銷量的增加，汽車安全也成為人們考慮的主要問(wèn)題。受制于以前的技術(shù)和成本，很多汽車設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)時(shí)并沒(méi)有考慮到對(duì)乘員的保護(hù)，以至于早些年交通事故的死亡人數(shù)很高;隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，人類的保護(hù)意識(shí)提高，各個(gè)國(guó)家對(duì)于汽車的法規(guī)越來(lái)越多且越來(lái)越嚴(yán)苛，推動(dòng)了汽車生產(chǎn)商對(duì)汽車安全的關(guān)注度，而乘員損傷情況能直接反映出汽車的安全性能，所以在汽車開(kāi)發(fā)過(guò)程中會(huì)進(jìn)行多次碰撞試驗(yàn)來(lái)對(duì)乘員的損傷情況進(jìn)行研究。

對(duì)AE-MDB以及側(cè)面柱碰試驗(yàn)中假人損傷的研究很多。文獻(xiàn)[1]對(duì)側(cè)面碰撞中的乘員損傷以及防護(hù)措施進(jìn)行了研究;文獻(xiàn)[2]對(duì)側(cè)面柱碰撞中的乘員損傷機(jī)理進(jìn)行了仿真分析;文獻(xiàn)[3]是對(duì)40%重疊可變形壁障碰撞和側(cè)面碰撞試驗(yàn)進(jìn)行了對(duì)比研究。

本文基于Euro-NCAP中的側(cè)面碰撞試驗(yàn)和側(cè)面柱碰撞試驗(yàn)，對(duì)同一A級(jí)電動(dòng)汽車進(jìn)行了兩次試驗(yàn)，對(duì)駕駛員位置的WorldSid假人的損傷進(jìn)行了對(duì)比研究。

2 試驗(yàn)方法

2.1 側(cè)面可移動(dòng)變形壁障碰撞（AE-MDB）

AE-MDB試驗(yàn)是Euro-NCAP試驗(yàn)中一種重要的碰撞形式，如下圖1所示，它是模擬十字路口一輛車的車頭撞向另一輛車的駕駛員一側(cè);試驗(yàn)臺(tái)車重1400kg，蜂窩鋁下邊沿高度距離地面300mm，臺(tái)車撞擊試驗(yàn)車輛時(shí)的速度60km/h，臺(tái)車蜂窩鋁沿移動(dòng)方向的中心線撞擊車輛R點(diǎn)向車輛后方250mm，誤差范圍前后±25mm，上下±25mm;試驗(yàn)車輛駕駛員位置放置一個(gè)重75kg的WorldDID 50th男性假人，駕駛員后面放置一個(gè)重36kg的Q系列10歲兒童，乘員后面放置一個(gè)重23kg的Q系列6歲兒童。

2.2 側(cè)面柱碰撞

側(cè)面柱碰撞試驗(yàn)是Euro-NCAP試驗(yàn)中另一種重要的碰撞形式，如下圖2所示，試驗(yàn)車輛駕駛員位置放置一個(gè)重75kg的WorldDID 50th男性假人，車輛放置在一個(gè)足夠大的滑行地板上，由牽引系統(tǒng)牽引滑行地板帶動(dòng)車輛撞擊直徑254mm的剛性柱子，車輛的縱向與滑行地板的移動(dòng)方向成75°夾角，碰撞時(shí)的速度達(dá)到32km/h，假人頭部質(zhì)心和車輛撞擊一側(cè)表面垂直平面的交叉線要與剛性柱表面的中心線重合，誤差范圍±25mm。

3 假人損傷評(píng)價(jià)指標(biāo)

對(duì)WorldSid假人的評(píng)價(jià)指標(biāo)主要包括頭部、胸部肋骨壓縮量、腹部肋骨壓縮量、骨盆恥骨力。

3.1 頭部

Euro-NCAP中指出頭部性能限值HIC15指標(biāo)范圍是500-700，累積3ms合成加速度指標(biāo)范圍是72g-80g。

合成加速度值和HIC值通過(guò)下面公式計(jì)算：

? ?（1）

（2）

公式中，AR為頭部質(zhì)心合成加速度，AX、AY、AZ分別為頭部質(zhì)心三個(gè)方向的加速度;試驗(yàn)中t2-t1≤15ms，計(jì)算碰撞過(guò)程中HIC15的最大值并進(jìn)行評(píng)價(jià)。3ms合成加速度為累積時(shí)間達(dá)到3ms的頭部合成加速度的最大值。

3.2 胸部

Euro-NCAP中指出胸部肋骨壓縮變形量指標(biāo)范圍是28mm-50mm。

胸部肋骨變形量通過(guò)下面公式（3）計(jì)算，

Dythorax=max（Dy（t）-Dy（0））? ? ? ? （3）

式中：

Dy（t）=R（t）*sin（φ（t））;

R（t）--胸部IR-TRACC濾波后長(zhǎng)度;

φ（t）--胸部IR-TRACC濾波后轉(zhuǎn)動(dòng)角;

Dy（0）—0時(shí)刻胸部肋骨位移;

3.3 腹部

Euro-NCAP中指出腹部肋骨壓縮變形量指標(biāo)范圍是47mm-65mm。

腹部肋骨變形量通過(guò)公式（4）計(jì)算， Dyabdomen=max（Dy（t）-Dy（0））? ? ? ? ? （4）

式中：

Dy（t）=R（t）*sin（φ（t））;

R（t）—腹部IR-TRACC濾波后長(zhǎng)度;

φ（t）—腹部IR-TRACC濾波后轉(zhuǎn)動(dòng)角;

Dy（0）—0時(shí)刻腹部肋骨位移;

3.4 骨盆

恥骨力峰值指標(biāo)范圍是1.7kN-2.8kN。

數(shù)據(jù)采集設(shè)備可直接采集碰撞時(shí)的力數(shù)值，不需要通過(guò)公式計(jì)算。

4 假人損傷對(duì)比分析

選用同一種純電動(dòng)A級(jí)轎車分別做側(cè)面可移動(dòng)變形壁障碰撞試驗(yàn)和側(cè)面柱碰撞試驗(yàn)，為了保證假人損傷數(shù)值的可靠性，駕駛員位置用同一個(gè)WorldSid 50th男性假人;試驗(yàn)后測(cè)得AE-MDB臺(tái)車速度60.2km/h，側(cè)柱碰撞試驗(yàn)速度32.1km/h，數(shù)據(jù)采集設(shè)備采集到假人各部位數(shù)值如下：

4.1 頭部

兩種試驗(yàn)中頭部合成加速度如下圖3所示：

從圖中可以看出，AE-MDB試驗(yàn)碰撞發(fā)生后52ms，假人頭部合成加速度達(dá)到最大值43.86g;側(cè)柱碰撞發(fā)生后51.8ms，假人頭部合成加速度達(dá)到最大值50.16g。

將采集到的數(shù)據(jù)代入到HIC公式中，我們可以計(jì)算得到，AE-MDB碰撞試驗(yàn)的假人頭部HIC15值是143，累積3ms合成加速度值是42.56g;側(cè)柱碰撞試驗(yàn)的假人頭部HIC15值是223，累積3ms合成加速度值是48.58g。

側(cè)面柱碰撞試驗(yàn)中，柱子比較高，撞擊范圍可以覆蓋到假人的頭部;AE-MDB試驗(yàn)中，臺(tái)車蜂窩鋁撞擊范圍達(dá)不到假人頭部。所以，假人頭部在側(cè)柱試驗(yàn)中受到的傷害值比較大，但是這兩次試驗(yàn)的假人傷害值都沒(méi)有超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)范圍，頭部都獲得滿分。

4.2 胸部

4.2.1 胸部第一根肋骨

兩種試驗(yàn)中胸部第一根肋骨的壓縮變形量如下圖4所示：

從圖中可以看出，AE-MDB試驗(yàn)碰撞發(fā)生后45.6ms，胸部第一根肋骨達(dá)到變形量最大值31.40mm;側(cè)柱試驗(yàn)碰撞發(fā)生后50.5ms，胸部第一根肋骨達(dá)到變形量最大值29.69mm。

4.2.2 胸部第二根肋骨

兩種試驗(yàn)中胸部第二根肋骨的壓縮變形量如下圖5所示：

從圖中可以看出，AE-MDB試驗(yàn)碰撞發(fā)生后45.3ms，胸部第二根肋骨達(dá)到變形量最大值29.51mm;側(cè)柱試驗(yàn)碰撞發(fā)生后50.3ms，胸部第二根肋骨達(dá)到變形量最大值25.12mm。

4.2.3 胸部第三根肋骨

兩種試驗(yàn)中胸部第三根肋骨的壓縮變形量如下圖6所示：

從圖中可以看出，AE-MDB試驗(yàn)碰撞發(fā)生后46.1ms，胸部第三根肋骨達(dá)到變形量最大值32.43mm;側(cè)柱試驗(yàn)碰撞發(fā)生后49.7ms，胸部第三根肋骨達(dá)到變形量最大值25.15mm。

通過(guò)上邊對(duì)胸部三根肋骨的壓縮量進(jìn)行分析，可以得出：側(cè)面柱碰撞試驗(yàn)中，假人胸部第一根肋骨壓縮量超過(guò)Euro-NCAP中規(guī)定的最低限值，有少量扣分，第二、三根肋骨都是滿分;AE-MDB試驗(yàn)中，假人三根肋骨壓縮量均超過(guò)Euro-NCAP中規(guī)定的最低限值，均有相應(yīng)的扣分。

4.3 腹部

4.3.1 腹部第一根肋骨

兩種試驗(yàn)中腹部第一根肋骨的壓縮變形量如下圖7所示：

從圖中可以看出，AE-MDB試驗(yàn)碰撞發(fā)生后48.2ms，腹部第一根肋骨達(dá)到變形量最大值42.99mm;側(cè)柱試驗(yàn)碰撞發(fā)生后48.6ms，腹部第一根肋骨達(dá)到變形量最大值41.63mm。

4.3.2 腹部第二根肋骨

兩種試驗(yàn)中腹部第二根肋骨的壓縮變形量如下圖8所示：

從圖中可以看出，AE-MDB試驗(yàn)碰撞發(fā)生后46.1ms，腹部第二根肋骨達(dá)到變形量最大值41.91mm;側(cè)柱試驗(yàn)碰撞發(fā)生后48.1ms，腹部第二根肋骨達(dá)到變形量最大值39.41mm。

兩次試驗(yàn)中腹部肋骨壓縮量均小于Euro-NCAP中規(guī)定的最低限值，該部位滿分。

4.4 骨盆

兩種試驗(yàn)中骨盆恥骨力如下圖9所示：

如上圖所示，AE-MDB試驗(yàn)碰撞發(fā)生后42.8ms，恥骨力達(dá)到最大值1.45kN;側(cè)柱試驗(yàn)碰撞發(fā)生后48.2ms，恥骨力達(dá)到最大值0.89kN。

兩次試驗(yàn)中骨盆恥骨力均小于Euro-NCAP中規(guī)定的最低限值，該部位滿分。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)上述兩種試驗(yàn)中WorldSid假人的損傷進(jìn)行對(duì)比分析，我們可以得出以下結(jié)論：

1.側(cè)面柱碰撞試驗(yàn)中，頭部HIC15和累積3ms合成加速度值比AE-MDB試驗(yàn)要大。

2.AE-MDB試驗(yàn)中，胸部三根肋骨傷害值相比于側(cè)面柱碰撞試驗(yàn)要大。

3.AE-MDB試驗(yàn)中，腹部?jī)筛吖莻χ迪啾扔趥?cè)面柱碰撞試驗(yàn)要大。

4.AE-MDB試驗(yàn)中，骨盆的恥骨力傷害值相比于側(cè)面柱碰撞試驗(yàn)大。

5.相比于側(cè)面柱碰試驗(yàn)，AE-MDB試驗(yàn)中假人損傷曲線更早達(dá)到峰值。

參考文獻(xiàn)：

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