【摘要】基于某大傾角座椅，利用THUMS數(shù)字人體模型，研究了座椅后傾姿態(tài)正面碰撞條件下的乘員損傷特征，并討論了乘員損傷機(jī)理。研究結(jié)果表明，相較于常規(guī)坐姿，一方面大傾角座椅后傾姿態(tài)下傳統(tǒng)約束系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)乘員的有效約束，乘員易發(fā)生下潛而造成腹部、胸部、頸部的損傷風(fēng)險(xiǎn)，另一方面由于座椅的作用，乘員脊柱受到較大的軸向加速度載荷，存在損傷風(fēng)險(xiǎn)。最后，基于乘員的損傷特征及機(jī)理，進(jìn)一步討論了后傾姿態(tài)下乘員保護(hù)策略。

主題詞：乘員保護(hù) 大傾角座椅 數(shù)字人體模型 損傷機(jī)理

中圖分類號(hào)：U461.91" "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" "DOI： 10.19620/j.cnki.1000-3703.20240028

Damage Analysis of Occupant in Front Collision of High Tilt Seat Based on THUMS Digital Human Body Model

Xu Zeya， Xie Jinping， Lei Feibing， Cai Yani

（BYD Automotive Industry Co.， Ltd.， Shenzhen 518118）

【Abstract】Based on THUMS digital human model， this paper studied the occupant injury characteristics of rear attitude frontal collision in a large tilt seat and discussed the mechanism of occupant injury. As the result shows， compared with regular sitting posture， on the one hand， the traditional restraint system cannot realize the effective restraint on the occupant under the reclining posture， which easily causes injury of occupant’s abdomen， thorax and neck due to descending of occupant. On the other hand， the occupant’s spine is subjected to a large axial acceleration load， and there is a risk of injury due to the seat cushion. Finally， based on the characteristics and mechanism of occupant injury， the paper also discussed the strategies on occupant protection in a large seat .

Key words： Occupant protection， High tilt seat， Digital human body model， Damage mechanism

1 前言

隨著汽車向“移動(dòng)的第三生活空間”轉(zhuǎn)變，車內(nèi)智能化功能需求外，智能座艙駕乘的舒適性、安全性需求大幅提升。大傾角座椅、零重力座椅可滿足乘員在駕乘過程中的舒適性需求，大幅度提升駕乘體驗(yàn)，是當(dāng)前智能座艙發(fā)展應(yīng)用的熱點(diǎn)技術(shù)領(lǐng)域[1]。然而，由于乘員在后傾姿態(tài)正面碰撞中受力特征和載荷傳遞路徑均與傳統(tǒng)姿態(tài)存在顯著不同，當(dāng)前的乘員約束系統(tǒng)無法滿足后傾姿態(tài)下乘員保護(hù)的需求，限制了大傾角、零重力座椅等技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景[2-5]。目前，各整車制造商在后傾座椅的說明指南中均建議只能在駐車狀態(tài)下使用，后傾姿態(tài)下的乘員保護(hù)問題是相關(guān)技術(shù)應(yīng)用的痛點(diǎn)[6]。

為了解決后傾姿態(tài)下乘員的保護(hù)問題，首先應(yīng)分析乘員在大傾角、零重力座椅等后傾姿態(tài)下的損傷特征與機(jī)理。汽車碰撞假人（Anthropomorphic Test Dummies，ATD）是汽車碰撞安全試驗(yàn)的最主要工具之一，Yoganandan等[7]指出，以Hybrid III假人為代表的ATD可以較好地滿足各種工況的需求，相關(guān)技術(shù)是否需要進(jìn)一步發(fā)展取決于汽車約束系統(tǒng)評(píng)估的需求。近年來，智能座艙下各種復(fù)雜姿態(tài)對(duì)乘員損傷及約束系統(tǒng)評(píng)估提出了新的要求。數(shù)字人體模型使用有限元方法對(duì)人體建模，理論上可以分析任何工況下的乘員損傷[8]。當(dāng)前，已經(jīng)有多款數(shù)字人體模型廣泛應(yīng)用于車輛安全領(lǐng)域[9-11]。THUMS數(shù)字人體模型由日本豐田公司于2000年推出，2021年1月，THUMS數(shù)字人體模型無償公開。

為分析大傾角座椅后傾坐姿下乘員損傷的特征與風(fēng)險(xiǎn)，本文基于某大傾角座椅，利用V6.1.20版本的THUMS數(shù)字人體模型，搭建副駕駛員位置某大傾角座椅的正面碰撞臺(tái)車模型，研究大傾角座椅在不同后傾角度50 km/h正面碰撞下的乘員損傷風(fēng)險(xiǎn)與特征。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步分析討論造成該損傷的機(jī)理。最后，基于損傷特征和機(jī)理分析討論大傾角座椅坐姿下的乘員保護(hù)策略，為大傾角座椅等后傾座椅姿態(tài)下的乘員保護(hù)提供參考。

2 試驗(yàn)方法

2.1 THUMS數(shù)字人體模型

THUMS數(shù)字人體模型是基于人體的組織材料和解剖結(jié)構(gòu)特征開發(fā)的有限元模型。THUMS 50th數(shù)字人體模型模擬了第50百分位的美國男性，其身高174.9 cm，體重78.6 kg[12]。本研究中，選用V6.1.20版本的THUMS數(shù)字人體模型模擬大傾角座椅正面碰撞條件下乘員的損傷。本研究中使用的THUMS數(shù)字人體模型得到了豐田公司授權(quán)。

2.2 臺(tái)車試驗(yàn)

根據(jù)美國國家道路安全管理局的數(shù)據(jù)，正面碰撞是汽車碰撞中出現(xiàn)頻次最高、造成損傷最多的傷害形式。本文選擇某車型在現(xiàn)行的C-NCAP測(cè)評(píng)標(biāo)準(zhǔn)中50 km/h初始速度正面100%重疊剛性壁障碰撞下加速度波形作為輸入波形構(gòu)建臺(tái)車模型，輸入波形如圖1所示。選用某大傾角座椅及THUMS數(shù)字人體模型，THUMS數(shù)字人體模型被三點(diǎn)式安全帶約束在大傾角座椅上，座椅分別設(shè)置為正常姿態(tài)和后傾60°的大傾角姿態(tài)，如圖2所示。

2.3 損傷輸出定義

考慮到本文THUMS數(shù)字人體模型下肢并未設(shè)置約束，本研究將著重考慮模型上軀干的損傷風(fēng)險(xiǎn)。首先通過乘員的受力及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析乘員可能的受傷風(fēng)險(xiǎn)，并進(jìn)一步通過腦部、頸部、胸部、腹部、脊柱等處組織器官的應(yīng)力-應(yīng)變、壓力等狀態(tài)，分析乘員的損傷風(fēng)險(xiǎn)。

3 結(jié)果與討論

3.1 不同后傾角度下乘員受力與運(yùn)動(dòng)情況

圖3所示為大傾角座椅不同后傾角度正面碰撞中乘員的運(yùn)動(dòng)情況。在正常坐姿下，碰撞發(fā)生后乘員由于慣性的作用繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)。此時(shí)，乘員上軀干主要受到重力、安全帶抑制其運(yùn)動(dòng)的力以及下軀干傳遞給它的力，乘員的下軀干受到重力、座椅對(duì)其的支撐力和摩擦力、腹部安全帶抑制其向前運(yùn)動(dòng)的作用力以及上軀干的作用力。在外力作用下，下軀干率先減速并停止與座椅的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，而乘員的上軀干由于慣性的作用繼續(xù)向前轉(zhuǎn)動(dòng)。由于此模型中沒有安全氣囊的作用，乘員身體發(fā)生了嚴(yán)重的向前彎曲。

對(duì)于大傾角座椅后傾姿態(tài)的乘員，其正面碰撞下的運(yùn)動(dòng)與受力狀態(tài)與正常坐姿產(chǎn)生了明顯的差異。后傾姿態(tài)下，在碰撞發(fā)生前、中期，乘員由于慣性作用繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)，由于此時(shí)乘員上軀干處于后傾姿態(tài)，肩部及胸部安全帶在其運(yùn)動(dòng)方向上分力較小。此時(shí)乘員受到的外力有座椅對(duì)乘員的支撐力和摩擦力、重力、安全帶對(duì)乘員的作用力。如圖3b所示，后傾姿態(tài)下乘員發(fā)生明顯下潛，與此同時(shí)，安全帶腹帶從骨盆上滑至腹部并侵入造成損傷風(fēng)險(xiǎn)。安全帶拉力的狀態(tài)也進(jìn)一步驗(yàn)證了上述分析。如圖4所示，后傾姿態(tài)下乘員腹部安全帶的力較大，最高可達(dá)12 500 N，顯著增加了腹部?jī)?nèi)臟損傷的風(fēng)險(xiǎn)。而在碰撞后期，下軀干由于外力的作用逐漸停止運(yùn)動(dòng)，上軀干則因?yàn)閼T性發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)致身體發(fā)生彎曲。

3.2 不同后傾角度下的乘員損傷特征及機(jī)理分析

為進(jìn)一步表述大傾角姿態(tài)下乘員的損傷特征與機(jī)理，并分析乘員保護(hù)策略，本文結(jié)合仿真結(jié)果，對(duì)大傾角座椅下THUMS數(shù)字人體模型各部位的損傷風(fēng)險(xiǎn)、特征及損傷機(jī)理進(jìn)行了分析。

3.2.1 頭部損傷

頭部損傷根據(jù)其特征可以大致分為顱骨損傷和腦損傷。顱骨損傷主要為骨折，以及面部、頭皮等軟組織較輕微的撕裂傷和挫傷。腦損傷可分為彌散性損傷和局灶性損傷兩種類型。由于本文并未設(shè)置氣囊、組合儀表等，頭部未發(fā)生碰撞，其所受的載荷主要來源于頸部肌肉力和頸椎力的作用。在此種載荷形式下，頭部發(fā)生顱骨損傷的可能性較小，因此本文僅考慮腦損傷的風(fēng)險(xiǎn)。

對(duì)大傾角座椅下正常坐姿以及后傾姿態(tài)下的乘員的顱內(nèi)壓力及顱內(nèi)等效應(yīng)力進(jìn)行了分析，如圖5所示。結(jié)果顯示，相較于常規(guī)坐姿，后傾坐姿下乘員的顱內(nèi)壓力及顱內(nèi)等效應(yīng)變變大，顱內(nèi)大片區(qū)域的最大顱內(nèi)等效應(yīng)變高達(dá)30%以上，有發(fā)生彌漫性軸索損傷（Diffuse Axonal Injury，DAI）的風(fēng)險(xiǎn)，而這種損傷往往會(huì)導(dǎo)致腦震蕩[13]。Thomas等[13]的研究已經(jīng)證明DAI等震蕩損傷更可能是由旋轉(zhuǎn)加速度而非線性加速度引起的。

由于本文中頭部并未發(fā)生碰撞，這種損傷可能歸因?yàn)轭i部肌肉力和頸椎力傳遞給頭部的載荷。需要注意的是，與傳統(tǒng)坐姿不同，后傾姿態(tài)下難以通過安全氣囊等的設(shè)置實(shí)現(xiàn)對(duì)頭部的有效約束，相應(yīng)的保護(hù)策略仍需進(jìn)一步研究。

3.2.2 頸部損傷

頸部連接著乘員的上軀干與頭部，其本身承載著較大的載荷，考慮到頭部和頸部共同構(gòu)成一個(gè)功能實(shí)體，頭部受載通常意味著頸部受載。先前的研究已經(jīng)證明，在正面碰撞和低速追尾工況中，乘員頸部會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)學(xué)響應(yīng)，往往會(huì)造成頸部軟組織的損傷，這一類損傷是交通事故中脊椎最常見的損傷形式[14]。此外，更需要引起關(guān)注的是，由于大傾角座椅后傾姿態(tài)下乘員發(fā)生下潛，安全帶會(huì)勒緊頸部而造成損傷風(fēng)險(xiǎn)。基于此，本文對(duì)于乘員頸部的損傷分析一方面考慮脊椎、椎間盤等的損傷，另一方面也考慮安全帶和乘員頸部的相互作用。

正常坐姿下，在碰撞的中后期，頸椎出現(xiàn)較為明顯的應(yīng)力集中區(qū)域。Murer等[15]曾詳細(xì)分析了后碰撞和正面碰撞過程中頸部復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及受到的載荷。如圖6所示，正常坐姿下，在碰撞后期，乘員胸椎由于受到安全帶等力的作用而停止運(yùn)動(dòng)，頭部由于慣性繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)，頸椎發(fā)生整體彎曲而形成載荷。而在大傾角座椅后傾坐姿下，乘員頸椎早期受到沿軸向的加速度載荷。而在后期，由于胸椎停止運(yùn)動(dòng)而頭部有繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，乘員脊柱發(fā)生與正常坐姿下類似的損傷特征與風(fēng)險(xiǎn)。此外，本文還考查了頸部椎間盤的損傷風(fēng)險(xiǎn)。椎間盤是脊椎之間的軟組織，其受到較大載荷時(shí)有損傷甚至壓爆的風(fēng)險(xiǎn)。本研究中，正常坐姿下椎間盤的損傷風(fēng)險(xiǎn)較小。而在后傾姿態(tài)下，由于受到較大的軸向加速度載荷，頸椎椎間盤大量區(qū)域應(yīng)力超過損傷閾值11 MPa，有損傷的風(fēng)險(xiǎn)。

另一方面，如前文所描述，由于后傾姿態(tài)下乘員容易發(fā)生下潛，頸部安全帶可能勒緊乘員頸部，造成嚴(yán)重的損傷風(fēng)險(xiǎn)。如圖7所示，在后傾姿態(tài)下，由于下潛的作用，安全帶深深勒入乘員頸部。

3.2.3 胸部及腹部損傷

胸部由胸廓及其內(nèi)部的軟組織組成，胸部損傷根據(jù)結(jié)果不同，可分為骨骼損傷和軟組織損傷。而對(duì)于乘員腹部，其損傷多來源于腹部器官被擠壓、拉伸等。本文未設(shè)置氣囊、轉(zhuǎn)向盤、儀表板等，乘員胸部及腹部的載荷主要來源于安全帶[16-17]。根據(jù)損傷的形式不同，本文分別考查了胸部肋骨以及心臟、肺部、肝臟、胃等胸腹部?jī)?nèi)臟的損傷風(fēng)險(xiǎn)。

不論在何種坐姿下，乘員的胸部肋骨均受到較大的超出損傷閾值的載荷，具有較大的損傷風(fēng)險(xiǎn)，如圖8所示。由圖8可以看出，各姿態(tài)下乘員的胸部肋骨均發(fā)生了較大的變形。在后傾姿態(tài)下，乘員胸部肋骨的最大塑性應(yīng)變達(dá)到13%、而在正常坐姿下高達(dá)25%，均遠(yuǎn)高于胸部肋骨的損傷閾值（3%）[18]。盡管塑性應(yīng)變及最大等效應(yīng)力集中區(qū)域均發(fā)生在胸前軟骨的位置，但這仍造成了極大的損傷風(fēng)險(xiǎn)。值得注意的是，各姿態(tài)下乘員胸部均受到了較大的載荷并有極大的損傷風(fēng)險(xiǎn)，但其損傷特征和機(jī)理具有差異性。在正常坐姿下，乘員的胸部肋骨主要受到肩部及胸前安全帶的作用，其變形區(qū)域與安全帶在其胸前的位置大致重合，其塑性應(yīng)變和等效應(yīng)力集中也大致分布在此區(qū)域。而隨著后傾角度的增加，腹部安全帶對(duì)胸部肋骨由下向上勒緊的作用逐漸占據(jù)主導(dǎo)。此種姿態(tài)下，乘員的肋骨發(fā)生了較為明顯的“上翻”，塑性應(yīng)變和等效應(yīng)力集中區(qū)域也主要集中在肋骨下部。

在真實(shí)事故中，胸部和腹部的內(nèi)臟器官損傷多源于乘員與汽車內(nèi)轉(zhuǎn)向盤、儀表板或約束系統(tǒng)發(fā)生鈍器撞擊作用[16]?？紤]到內(nèi)臟器官復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和物理特征，傳統(tǒng)ATD難以精準(zhǔn)評(píng)價(jià)這些部位的傷害，往往以壓縮量、受力最大值作為考查指標(biāo)間接表征這些部位的損傷[19]。本文借助數(shù)字人體模型，測(cè)試了碰撞中乘員心臟、肺部、肝臟、胃等內(nèi)臟器官的壓力、等效應(yīng)變等，更加精準(zhǔn)地評(píng)估了乘員內(nèi)臟的損傷風(fēng)險(xiǎn)，如圖9～圖12所示。結(jié)果顯示，不論在何種坐姿下，乘員各內(nèi)臟受到的載荷均超過閾值，有較大的損傷風(fēng)險(xiǎn)。值得注意的是，對(duì)于心臟、肺等位于胸腔的器官，正常坐姿下的載荷較后傾姿態(tài)下更大。這可能是由前文所述的安全帶對(duì)乘員胸部的勒緊作用所致。而對(duì)于位于腹部的器官，如胃、肝臟等，后傾姿態(tài)下的載荷則遠(yuǎn)高于正常坐姿下的載荷，這是由乘員下潛過程中腹部安全帶對(duì)其腹部的勒緊作用導(dǎo)致。

3.2.4 脊柱損傷

脊椎是人體頭部和軀干的主要承載結(jié)構(gòu)，包括7節(jié)頸椎、12節(jié)胸椎和5節(jié)腰椎[20]。在汽車碰撞領(lǐng)域，關(guān)于胸部及腰部脊椎損傷的研究報(bào)道并不多見，然而，對(duì)于飛行員座椅彈射等工況，胸部及腰部的脊柱損傷卻是損傷風(fēng)險(xiǎn)的主要來源之一[20]。Vulcan等[21]首先解釋了該工況下脊柱的損傷機(jī)理，Prasad等[22]進(jìn)一步通過尸體試驗(yàn)證明了受到垂直加速度載荷時(shí)脊柱的損傷機(jī)理。研究結(jié)果顯示，脊柱中有2條負(fù)荷路徑將垂直負(fù)荷從頭部向下傳遞到骨盆，除椎間盤所承受的負(fù)荷外，腰椎還存在小關(guān)節(jié)面負(fù)荷[22]。而在大傾角座椅后傾姿態(tài)下，座椅座墊抑制乘員繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)，乘員脊柱受到垂直加速度載荷。盡管如此，與飛行員座椅彈射相比，后傾姿態(tài)下的乘員受力狀態(tài)仍有所差異，這導(dǎo)致其脊柱受到的載荷及損傷特征也有所不同。后傾姿態(tài)下，乘員脊柱應(yīng)力集中發(fā)生在碰撞初期。如圖13所示，此時(shí)貫穿脊柱的中心部位仍出現(xiàn)了較大的應(yīng)力集中區(qū)域，這是典型的軸向載荷。此時(shí)脊椎及椎間盤的等效應(yīng)力均高于閾值，有較大的損傷風(fēng)險(xiǎn)。

而在正常坐姿正面碰撞條件下，乘員脊柱的損傷來源于彎曲產(chǎn)生的壓縮載荷。此種工況下乘員脊柱應(yīng)力集中區(qū)域的出現(xiàn)與脊柱彎曲在時(shí)間上具有一致性。如圖13所示，從空間上看，脊柱的應(yīng)力集中區(qū)域往往分布在腰椎彎曲內(nèi)側(cè)區(qū)域。這是由于乘員腰椎區(qū)域發(fā)生彎曲而產(chǎn)生壓縮載荷。需要解釋的是，本文所選擇的碰撞波形碰撞條件相對(duì)嚴(yán)苛，且未設(shè)置安全氣囊，因此脊柱損傷風(fēng)險(xiǎn)較大。在實(shí)際工況下，安全氣囊等的設(shè)置能夠顯著減輕此種損傷風(fēng)險(xiǎn)。但仍需要注意的是，正面碰撞下三點(diǎn)式安全帶的使用可能造成胸部不能向前移動(dòng)而使后凸的胸椎變直，進(jìn)而導(dǎo)致胸部及腰部的脊柱壓縮載荷，從而造成損傷[23]。

綜上，在各后傾角度下，乘員均承受了較大的損傷風(fēng)險(xiǎn)。然而，由于不同姿態(tài)下乘員受力狀態(tài)、載荷傳遞路徑、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)均不相同，其損傷特征及損傷機(jī)理也存在較大差異。對(duì)于坐姿下的乘員損傷，大量的研究與實(shí)踐已經(jīng)證明，通過安全氣囊等約束系統(tǒng)的設(shè)置可以有效緩解損傷。而對(duì)于后傾姿態(tài)的乘員，傳統(tǒng)的乘員保護(hù)系統(tǒng)已經(jīng)無法完成對(duì)其的有效保護(hù)，需對(duì)其保護(hù)策略進(jìn)行研究。

3.3 大傾角座椅后傾姿態(tài)下的乘員保護(hù)策略

研究損傷生物力學(xué)的主要?jiǎng)訖C(jī)是挽救生命和減少損傷帶來的痛苦[7]。在車輛安全領(lǐng)域，研究乘員的損傷特征及機(jī)理的最終目的則是更好地指導(dǎo)約束系統(tǒng)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)乘員的有效保護(hù)。大傾角座椅后傾姿態(tài)下乘員的損傷風(fēng)險(xiǎn)主要有兩個(gè)來源，一方面，傳統(tǒng)的三點(diǎn)式安全帶無法實(shí)現(xiàn)對(duì)大傾角座椅后傾姿態(tài)下乘員的有效約束，另一方面，由于座椅的作用，乘員脊柱受到了較大的軸向加速度載荷，引起脊柱損傷的風(fēng)險(xiǎn)。因此，研究大傾角座椅后傾姿態(tài)下的乘員保護(hù)策略，關(guān)鍵在于處理好上述損傷風(fēng)險(xiǎn)。

對(duì)于后傾姿態(tài)正面碰撞下的乘員損傷特征及約束策略，研究者已完成了大量重要的工作[24-27]。唐亮等[28]從運(yùn)動(dòng)學(xué)的角度分析了后傾乘員下潛的原因，認(rèn)為向前運(yùn)動(dòng)的過程中上軀干運(yùn)動(dòng)和髖部的運(yùn)動(dòng)不協(xié)調(diào)導(dǎo)致了安全帶勒入腹部。周青等[4]進(jìn)一步研究并設(shè)計(jì)了均衡約束系統(tǒng)：在碰撞初期通過較強(qiáng)的膝部約束限制下肢的運(yùn)動(dòng)，同時(shí)允許上軀干自由轉(zhuǎn)動(dòng)，借助慣性力的作用，將乘員姿態(tài)調(diào)整到較為豎直的狀態(tài)，之后再按照保護(hù)正常坐姿乘員進(jìn)行保護(hù)。對(duì)于大傾角座椅，乘員的上軀干往往向后傾角更大，且乘員小腿由于腿托的作用也處于水平姿態(tài)，這進(jìn)一步增大了乘員保護(hù)的難度。盡管如此，上述研究仍為大傾角座椅后傾姿態(tài)下的乘員保護(hù)策略開發(fā)提供了極為重要的借鑒。通過各種技術(shù)的應(yīng)用，使后傾姿態(tài)乘員回歸正常姿態(tài)，然后通過傳統(tǒng)的約束系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行保護(hù)是較為理想的策略。這一方面可以通過對(duì)乘員的下肢進(jìn)行有效約束，另一方面也可以結(jié)合主動(dòng)安全技術(shù)使后傾座椅提前回位實(shí)現(xiàn)。此外，從緩解乘員脊柱載荷的角度考慮，合理地設(shè)置吸能緩沖裝置是減輕乘員損傷風(fēng)險(xiǎn)的另一種有效策略。航天飛機(jī)、賽車中均設(shè)置有吸能結(jié)構(gòu)用以實(shí)現(xiàn)對(duì)于乘員脊柱的保護(hù)。對(duì)于車用大傾角座椅，也可以設(shè)置類似的吸能結(jié)構(gòu)以減輕乘員損傷。

4 結(jié)束語

本文利用THUMS數(shù)字人體模型，分析了正面碰撞時(shí)副駕駛員位置某大傾角座椅下乘員的損傷特征及機(jī)理，并進(jìn)一步討論了可行的乘員保護(hù)策略。通過上述分析，可以得到如下結(jié)論：

a. 在大傾角座椅不同后傾角度下，乘員受到的力及載荷傳遞路徑不同，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)也不相同，這造成了乘員不同的損傷特征；

b. 相較于常規(guī)坐姿，后傾姿態(tài)下傳統(tǒng)約束系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)對(duì)乘員的約束，乘員易發(fā)生下潛，造成腹部、胸部、頸部的損傷風(fēng)險(xiǎn)；

c. 大傾角座椅后傾姿態(tài)下由于座椅的作用，乘員脊柱受到了較大的軸向加速度載荷，造成脊柱損傷風(fēng)險(xiǎn)；

d. 為實(shí)現(xiàn)對(duì)大傾角座椅后傾姿態(tài)下乘員的保護(hù)，一方面可以考慮對(duì)后傾姿態(tài)乘員施加新的約束，另一方面也可以考慮對(duì)座椅設(shè)置緩沖吸能結(jié)構(gòu)。

參 考 文 獻(xiàn)

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（責(zé)任編輯 王 一）

修改稿收到日期為2024年1月10日。

通信作者：雷飛兵，比亞迪汽車工業(yè)有限公司，lei.feibing@byd.com。

【引用格式】 許澤亞， 謝金萍， 雷飛兵， 等. 基于THUMS數(shù)字人體模型的大傾角座椅正面碰撞乘員損傷分析[J]. 汽車技術(shù)， 2024（4）： 15-23.

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