【摘要】基于SID-Ⅱs女性假人與Thums05女性生物力學(xué)人體模型，通過仿真與試驗，針對車輛側(cè)面碰撞時遠端側(cè)女性乘員的運動姿態(tài)以及碰撞損傷進行分析。結(jié)果表明，SID-Ⅱs的部分碰撞部位損傷程度較為嚴重，證實了在遠端碰撞保護法規(guī)中增加車輛對女性乘員遠端保護性能的考察非常必要，并為此提供了數(shù)據(jù)參考。

主題詞：遠端乘員保護 運動姿態(tài) SID-Ⅱs女性假人

中圖分類號：U461.91" "文獻標志碼：A" "DOI： 10.19620/j.cnki.1000-3703.20230122

Research on the Safety Protection of SID-Ⅱs Female Dummy

in Far Side Impact

Zheng Yanting， Bu Xiaobing， Guo Qingxiang， Tan wenxiao

（China Automotive Technology and Research Center， Tianjin 300300）

【Abstract】Based on the SID-Ⅱs female dummy and the Thums05 female biomechanics human body model， simulations and experiments are conducted to analyze the moving posture and collision injuries of female occupants on the far side during vehicle side impacts. The results indicate that some collision areas of the SID-Ⅱs dummy suffers relatively severe injuries， confirming the necessity of incorporating assessments of a vehicle’s far-side protection performance for female occupants into far-side impact protection regulations. These findings provide data references for such assessments.

Key words： Far side occupant protection， Moving posture， SID-Ⅱs female dummy

1 前言

在汽車側(cè)面碰撞中，車輛遠端側(cè)與近端側(cè)乘員的死亡風險相當[1-2]。根據(jù)國外數(shù)據(jù)統(tǒng)計，約30%的側(cè)面碰撞傷害發(fā)生在遠端乘員身上，其中有43%的傷害達到了簡明損傷等級（Abbreviated Injury Scale，AIS）3+級，該等級是由美國醫(yī)學(xué)協(xié)會針對汽車安全性制定的損傷判定標準，依據(jù)損傷程度總共分為6個等級，其中AIS3+為嚴重損傷等級[3]；據(jù)中國交通事故深入研究（China In-Depth Accident Study，CIDAS）數(shù)據(jù)統(tǒng)計，約49%的側(cè)面碰撞傷害發(fā)生在遠端，并且約36%的傷害達到 AIS3+。

針對遠端側(cè)面碰撞乘員損傷特性，國內(nèi)外學(xué)者先后進行了諸多研究。2007年，Pintar F A等針對遠端側(cè)碰撞工況下50百分位男性乘員的碰撞損傷特性進行分析。該研究通過采用生物力學(xué)有限元模型（Gobal Human Body Models Consortium Active Muscles 50，GHBMC AM50， 全球人體建模協(xié)會50百分位主動離位式假人）構(gòu)建遠端側(cè)碰撞工況進行仿真分析，同時進行一系列死后人類受試者（Post Mortem Human Subjects，PMHS）遠端側(cè)滑車測試進行試驗驗證，最后該文獻基于驗證過的仿真模型對安全帶預(yù)緊、沖擊強度和方向等因素進行分析，對遠端側(cè)碰下乘員全身運動學(xué)行為的敏感性進行了研究[4]。2014年，Y.Narayan等對美國國家公路交通安全管理局建立的交通事故數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) （National Automotive Sampling System Crashworthiness Data System，NASS-CDS）中的碰撞事故數(shù)據(jù)進行了分析，主要研究了安全帶約束狀態(tài)下前座乘員的頭、胸、腹、骨盆、上肢和下肢等關(guān)鍵部位在遠側(cè)碰撞中的碰撞特征、傷害模式以及損傷程度，分析了遠端碰撞乘員的損傷情況及規(guī)律[5]；2017年，A.M.Edwards等結(jié)合虛擬仿真以及物理試驗等研究手段，分析了充氣式安全帶及肩帶固定的不同位置等因素在遠端側(cè)碰過程中對Hybrid III和THOR-M假人碰撞損傷情況[6]。2022年，楊明俊等基于歐盟新車安全評鑒協(xié)會（European New Car Assessment Programme，Euro NCAP）遠端乘員保護試驗及評價規(guī)程進行了某車型的側(cè)碰滑臺試驗，并根據(jù)側(cè)碰滑臺試驗中遠端乘員的運動及其響應(yīng)原理，對比分析了男性和女性乘員的運動姿態(tài)、傷害情況及響應(yīng)時間的差異。結(jié)果表明，在遠端側(cè)碰試驗中女性假人下頸部的彎矩傷害最為突出，是男性假人的2.2倍[7]。

以上研究可以看出，國內(nèi)外學(xué)者針對遠端側(cè)碰的研究以及各機構(gòu)的評測規(guī)則對象主要是遠端男性乘員，針對遠端側(cè)女性乘員的碰撞損傷情況還相對匱乏。

為了深入研究遠端側(cè)碰女性乘員的碰撞損傷特性，本文基于Thums05女性生物力學(xué)人體模型以及SID-Ⅱs女性假人，通過Far side虛擬仿真以及滑臺試驗驗證，對女性在遠端碰撞工況中的運動姿態(tài)以及碰撞損傷進行分析研究。

2 Far side工況及仿真模型介紹

2.1 Far side滑臺工況介紹

Euro NCAP規(guī)定，F(xiàn)ar side滑臺試驗分為2個試驗工況，包括60 km/h的側(cè)面碰撞移動可變形壁障（Advanced European Mobile Deformable Barrier，AE-MDB）和32 km/h的75°側(cè)柱碰撞試驗的非撞擊側(cè)B柱脈沖，分別代表AE-MDB和側(cè)柱碰工況下發(fā)生的遠端側(cè)面碰撞[8]。

圖1為Euro NCAP的Far side滑臺試驗工況示意，由于在進行Far side滑車試驗時規(guī)定白車身的裝置方向需要與發(fā)射方向呈75°，所以需要將從整車側(cè)碰或者側(cè)柱碰工況提取的實車原始波形乘以cos15°角度等效換算成滑車發(fā)射需要輸入的波形。

2.2 Far side仿真模型介紹

在假人擺放方面，本研究選用駕駛員側(cè)為遠端碰撞側(cè)，副駕駛員側(cè)為碰撞側(cè)。當前ENCAP僅要求在駕駛員側(cè)布置考察遠端側(cè)側(cè)面碰撞50百分位男性假人（World Side Impact Dummy 50th，World SID 50th）的損傷，但由于本研究主要聚焦于遠端側(cè)碰女性駕駛員的碰撞損傷研究，故選用60 km/h的AE-MDB側(cè)碰波形，并在遠端駕駛員側(cè)布置女性假人，即Thums05生物力學(xué)女性人體模型和SID-Ⅱs女性假人，結(jié)合試驗以及仿真手段來進行對比研究，碰撞波形如圖2所示。

為了確認SID-Ⅱs女性假人能否在Far side工況中反映出人體的真實運動姿態(tài)，本研究首先利用仿真選用與目前與人體生理結(jié)構(gòu)及生物力學(xué)性能最貼近的Thums05女性生物力學(xué)人體模型進行計算，通過仿真數(shù)據(jù)對比SID-Ⅱs與Thums05在Far side工況中運動姿態(tài)是否一致。

圖3所示為本研究建立的Far side滑臺仿真模型，主要由白車身、主副駕座椅、安全帶、中控臺、SID-Ⅱs女性假人組成。

按照ENCAP規(guī)定，F(xiàn)ar side滑臺試驗工況不僅要評價遠端乘員碰撞傷害指標的傷害水平，同時也要對頭部偏移量提出要求，以評價遠端乘員向車輛被撞的一側(cè)的移動程度，避免主副駕乘員頭部之間的接觸傷害。仿真模型需要在白車身上標記4條偏移線，紅色線為最大侵入線，代表側(cè)面碰撞和側(cè)面柱碰碰撞車門內(nèi)板的最大侵入量；橙色線為被撞擊側(cè)座椅中心線；黃色線在撞擊側(cè)座椅中心線內(nèi)側(cè)125 mm；綠色線距撞擊側(cè)座椅中心線內(nèi)側(cè)250 mm。主要通過固定在滑臺上的高速攝像機來記錄假人的頭部偏移情況，作為評價假人頭部“偏移等級”的依據(jù)。每項滑臺試驗的得分由假人偏移等級和傷害數(shù)據(jù)共同決定，主要對假人進行4個部位的評估，包括頭部、頸部、胸部、骨盆及腰椎，偏移等級決定了每個身體部位的得分上限，且當假人頭部偏移等級處于紅色區(qū)域時，評分由紅色標記線距離座椅中心線是否超過125 mm決定。表1為Far side頭部不同偏移等級World SID 50th評分，表2為 Far side World SID 50th男性假人限值評分。

3 Far side工況女性駕駛員運動姿態(tài)仿真分析

圖4所示即為Thums05女性人體模型以及SID-Ⅱs女性假人在Far side工況中的運動姿態(tài)對比，圖5為以上2種女性駕駛員的頭部與頸部、胸部、骨盆部位的側(cè)向位移對比情況。

結(jié)合圖4運動姿態(tài)以及圖5各部位的側(cè)向位移對比，證明兩種假人在同一Far side工況中的運動姿態(tài)基本一致，即SID-Ⅱs女性假人可以表征Thums05女性生物力學(xué)人體模型在Far side工況中的實際運動姿態(tài)，同時也證明了Far side滑臺仿真及試驗采用SID-Ⅱs女性假人來評估車輛對女性遠端乘員保護評價的合理性。

4 基于SID-Ⅱs的Far side 工況試驗驗證

4.1 Far side試驗工況介紹

為了驗證SID-Ⅱs在Far side仿真工況中的碰撞損傷結(jié)果的準確性，本文基于SID-Ⅱs物理假人開展了Far side滑臺試驗，滑臺試驗的試驗波形、座椅靠背角度、座椅前后及上下高度位置、安全帶配置及點火時刻均與仿真保持一致。

圖6為Far side滑臺試驗，試驗所需車輛部件主要包括：白車身；主副駕前排座椅；中控臺，包括全通道飾件、驗車制動總成、變速桿總成和儲物箱；儀表板總成，包括儀表板、轉(zhuǎn)向管柱和轉(zhuǎn)向盤；以及安全帶和安全帶固定裝置等附件。

圖7所示為Far side工況中女性駕駛員SID-Ⅱs的重要損傷指標的仿真與試驗對標情況，仿真與試驗表現(xiàn)基本一致，從而證明了本文研究所用的Far side仿真模型的準確性。

4.2 試驗與仿真結(jié)果對比

表3為Far side工況SID-Ⅱs女性駕駛員的各項損傷指標的仿真與試驗值。仿真與試驗結(jié)果表明：對于Far side工況，女性駕駛員的頭部、頸部、胸部、腹部、骨盆都呈現(xiàn)不同程度的損傷，頭部、胸部、腹部損傷相對輕微，頸部繞X向的彎矩（特別是下頸部）、骨盆恥骨結(jié)合點力的傷害值接近于Euro NCAP的損傷限值，損傷程度較為嚴重。

5 結(jié)束語

綜合以上，本研究主要基于Thums05女性生物力學(xué)人體模型以及SID-Ⅱs女性假人通過Far side虛擬仿真以及Far side滑臺試驗驗證兩種方式，對女性駕駛員在遠端碰撞工況中的運動姿態(tài)以及碰撞損傷進行分析研究。研究發(fā)現(xiàn)，在遠端碰撞工況下，SID-Ⅱs女性駕駛員頭部、胸腹部損傷相對輕微，頸部特別是下頸部繞X軸的彎矩以及骨盆的恥骨結(jié)合點力峰值較嚴重。基于此，本研究建議未來的遠端碰撞保護法規(guī)關(guān)注車輛對女性駕駛員的遠端保護性能的考察，并重點關(guān)注頸部以及骨盆的損傷情況，并在車輛的被動安全開發(fā)中采取相應(yīng)的被動安全設(shè)計技術(shù)提升車輛在這種工況下的被動保護安全性能。

參 考 文 獻

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[2] MCNEILL A ， HABERL J ， HOLZNER M ， et al. Current Worldwide Side Impact Activities-Divergence versus Harmonisation and the Possible Effect on Future Car Design[C]//Proceedings of the 19th International Conference on Enhanced Safety of Vehicles（ESV）， Washington D.C， 2005.

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YANG M J， BU X B， GUO Q X. Analysis of Differences in Far Side Protection Responses of Different Occupant Genders Based on A Certain Vehicle[J]. Journal of Automotive Safety and Energy， 2022， 13（4）： 634-642.

[8] Euro NCAP Commission. Euro NCAP 2020 [S/OL]. The Offificial Site of European New Car Assessment Programme， （2020-1-1）[2023-9-19]. https：//www.euroncap.com/en/for-engineers/protocols/adult-occupant-protection.

（責任編輯 王 一）

修改稿收到日期為2023年9月19日。