汽車碰撞中影響假人膝部滑移量的因素分析

龔 禹

華晨汽車工程研究院（沈陽 110034）

隨著汽車安全技術(shù)的提高，正面碰撞中乘員上肢受到嚴重傷害的概率明顯降低，乘員下肢的傷害問題隨之顯現(xiàn)出來，假人膝部滑移量是評判100%正面碰撞和 40%偏置碰撞中人體大腿損傷的重要性能指標之一，目前的 C-NCAP也要求在前碰撞中對假人膝部滑移量進行評價，相對于大腿壓縮力，膝部滑移量更易造成大腿失分。對于各類小型乘用車， 有限的腿部運動空間和碰撞中的減速曲線導(dǎo)致腿部失分增多。本文基于X項目對假人的膝部滑移量影響因素進行分析，并應(yīng)用 MADYMO分析工具進行基礎(chǔ)碰撞分析，以發(fā)現(xiàn)各種因素對膝部滑移量的影響效果，在此基礎(chǔ)上提出了降低膝部滑移量的工程更改方法，并在實車碰撞中進行了優(yōu)化驗證。

碰撞試驗數(shù)據(jù)顯示大腿部位的得分與目標值存在一定的差距，突出問題為膝部滑移量偏大，分析其原因有二，①在現(xiàn)有膝部空間已定的前提下，雨傘盒造型、雨傘盒支架及其支架前方風(fēng)機布置，導(dǎo)致小腿在碰撞中受力偏大，導(dǎo)致失分；②座椅的系統(tǒng)剛度較小，導(dǎo)致在碰撞中假人出現(xiàn)下潛姿態(tài)，導(dǎo)致膝部滑移量增大導(dǎo)致失分。從膝部滑移量傷害機理，針對于雨傘盒造型、支架以及座椅系統(tǒng)剛度進行 MADYMO仿真、分析及優(yōu)化，提出工程解決方案并在實車驗證中得以驗證。

人體膝部韌帶和肌腱受到過度拉伸會拉傷或撕裂，最大位移傷害準則應(yīng)用在該部位，該準則主要針對在碰撞中膝蓋和小腿上部與護膝板的作用，作用力導(dǎo)致小腿上部與大腿出現(xiàn)相對剪切運動，此運動對膝蓋位置的十字交叉韌帶產(chǎn)生拉伸作用，可能會導(dǎo)致韌帶受損或撕裂，為了仿真模擬傷害機制，使用橡膠塊來控制膝蓋滑移特性，使用線性電位計來測量膝部滑移量，在MADYMO軟件中，模擬小腿與大腿相對運動所使用的鉸為轉(zhuǎn)動滑移鉸。

通過分析人體膝部結(jié)構(gòu)，了解試驗用HybridⅢ50%假人膝部傳感器工作原理，從而明確影響膝部滑移量的條件，通過使用 MADYMO假人膝部滑移量仿真，分析出當前影響膝部滑移量的原因，從而明確優(yōu)化目標。

座椅系統(tǒng)的剛度會影響碰撞中假人的運動姿態(tài)，剛度偏小會使假人出現(xiàn)下潛運動姿態(tài)，往往會造成膝部滑移量增大，采用CAE仿真進行座椅系統(tǒng)剛度對假人右腿膝部滑移量影響分析，仿真中通過對座椅坐墊的剛度進行縮放以對座椅系統(tǒng)剛度進行調(diào)整，座椅在碰撞過程中的整體下塌運動等均以此為代表。

當座椅系統(tǒng)剛度較小時，假人同一時刻出現(xiàn)下潛姿態(tài)，從而導(dǎo)致膝部位移量出現(xiàn)增大趨勢。

由臺車試驗可以看到，當采用較弱的座椅結(jié)構(gòu)時候，座椅下塌較為嚴重，座椅結(jié)構(gòu)較強，下塌量相對較小，為了得到數(shù)據(jù)支持，在座椅加強前后通過采集坐盆不同位置的加速度，加以積分得到位移，從而獲得以下位移比較，前端的傳感器所采集得到的位移在座椅加強前后并無明顯區(qū)別。

由仿真分析結(jié)果可知，下塌較大時其膝部滑移量較大，加強后的座椅對膝部滑移量減小有很大好處。

通過仿真結(jié)果和實車試驗數(shù)據(jù)可知，儀表板下護板的造型及內(nèi)部結(jié)構(gòu)對假人膝部滑移量有很重要的影響，當采用較強的雨傘盒支架或雨傘盒造型會導(dǎo)致假人有較大的膝部滑移量；同時，座椅系統(tǒng)剛度會影響假人在碰撞中的運動姿態(tài)，進而影響假人的膝部滑移量，所以控制假人小腿前方空間及儀表板下護板的造型和剛度以及座椅系統(tǒng)剛度會對假人膝部滑移量有較好的控制。

[1]RogerP.Danie,Dearbor,Mich.FORCE-INDICATINGDU MMYLEGS:US,288,873[P/OL].1987(7).