某車型WorldSID假人的胸部傷害優化

栗國，方取玉，李根

（1.中國汽車技術研究中心，天津 300300；2. 奇瑞汽車股份有限公司，安徽 蕪湖 241009）

某車型WorldSID假人的胸部傷害優化

栗國1，方取玉2，李根1

（1.中國汽車技術研究中心，天津 300300；2. 奇瑞汽車股份有限公司，安徽 蕪湖 241009）

WorldSID假人由于其較高的仿真度，被越來越多的NCAP機構選用，代替以往的ES-2側碰假人。我國2018版C-NCAP也確定使用WorldSID假人進行側碰試驗。WorldSID假人與ES-2假人在外形、構造、傳感器以及動力學響應等方面均存在顯著差異，因此基于兩種假人的傷害值優化方法也會存在一定的差異。本文以某車型為研究目標，建立仿真模型，對 WorldSID假人胸部傷害的優化方法進行研究。結果表明：提前點火時間對假人胸部傷害值的影響較小，加強門檻及B柱材料強度、調整側氣囊氣孔大小以及控制扶手凸出量是有效的傷害值優化方法。

WorldSID；胸部傷害；仿真；優化

前言

近年來，側面碰撞事故在全球的交通事故中所占比例逐年升高，對于側面碰撞的研究及假人傷害優化已經成為重點研究問題。同時，世界各國均推出了一系列評價體系，來表征車型安全性能，且評價方法日益嚴苛。在側面碰撞評價試驗中，大多數國家選擇ES-2假人進行碰撞試驗，但其生物仿真度較低，因此迫切需要一種高生物仿真度的新型假人。

在國際標準化組織的倡導下，新型的側面碰撞假人WorldSID假人應運而生，與傳統的ES-2假人，其仿真高較高，且更接近真實的人體[1]。WorldSID假人得到了各國汽車安全檢測機構的認可，Euro NCAP早在2015年就確定使用WorldSID假人來進行側面碰撞試驗，代替原來的ES-2假人。我國C-NCAP管理中心目前也已經確定，在未來的2018版C-NCAP評價中，使用WorldSID假人來進行側面碰撞試驗，逐步與國際接軌[2]。

WorldSID假人與ES-2假人在外形區別較大，如圖1所示。另外，二者在構造、傳感器及動力學響應方面均有較大差異，因此國內外學者對WorldSID假人的特性以及其與ES-2假人的區別進行了大量研究。劉玉云等用靜態沖擊的方法對兩種假人進行了研究，WorldSID假人整體上的剛度比 ES-2低，當承受相同y向沖擊時，WorldSID假人受力更低，加速度更低，肋骨位移更大[3]。李麗等通過Madymo仿真研究發現兩種假人在各部位的響應曲線表現出不同的趨勢與峰值，主要原因是由于 WorldSID假人的肩部運動影響了假人整體的運動過程[4]。劉喜龍等通過仿真計算對兩種假人進行了對比分析，發現二者在各部位傷害值趨勢上也呈現出不同的響應[5]。

圖1 WorldSID（藍色）和ES-2（紅色）外形對比圖

盡管很多學者對兩種側碰假人進行了對比研究，但是對于 WorldSID假人的傷害值優化方法研究較少。本文主要對WorldSID假人的胸部傷害值優化方法進行探索和研究，為新車型的乘員保護開發提供參考意見。

1 分析方法

本文以某車型為研究對象，通過Ls-Dyna軟件建立側面碰撞仿真模型，按照2018版C-NCAP法規加載側碰大壁障，計算出整車側面加速度以及入侵量。以該計算結果作為輸入條件，將側面車門、B柱、門檻、內飾、側氣囊、側氣簾等零部件提取出來作為乘員空間，調用 WorldSID假人，建立側面碰撞假人模型，如果2所示。

通過計算，得出假人胸部傷害曲線，即上、中、下肋骨位移量，如圖3所示。在2018版C-NCAP大壁障撞擊下，WorldSID假人胸部傷害嚴重，肋骨位移超過扣分限值，其中上肋為31.6mm，中肋為34.1mm，下肋為31.9mm。而對假人胸部傷害影響較大的因素有：車身核心結構件強度，側氣囊參數，以及扶手凸出量等，本文主要針對以上影響因素進行優化，尋找有效的 WorldSID假人胸部優化方法，為今后的車型側面安全性能開發提供參考。

圖2 WorldSID側面碰撞仿真模型

圖3 WorldSID側面碰撞仿真模型

2 車身結構優化

2018版 C-NCAP側碰試驗中將使用側面大壁障來進行側碰測試，其質量比以往C-NCAP側碰試驗中使用的側碰壁障重，因此在相同側面結構下，大壁障撞擊后的車身加速度以及車門入侵量會有所增加。

加強B柱內外板以及門檻內外板材料后發現，車身加速度及入侵量均得到優化，相應的假人胸部傷害也明顯降低。上肋、中肋及下肋骨位移量均降低6mm左右，如表1所示。

核心結構件加強的方法包括材料型號加強或材料厚度加厚，可根據成本等因素進行選擇。在車身結構CAE設計過程中，推薦B柱最大入侵量不高于130mm，B柱最大入侵速度不高于7.5m/s；門檻最大入侵量不高于40mm。滿足該條件的基礎上，進行側氣囊參數優化，假人胸部扣分的風險較低。

表1 核心結構件優化結果

3 側氣囊參數優化

由于WorldSID假人的胸部輪廓比ES-2假人更寬，因此在碰撞過程中，接觸也會較ES-2假人更早，因此若提前氣囊點火時間，提前氣囊和假人的接觸時間，讓氣囊更早發揮緩沖作用，可能會對胸部傷害值起到一定降低作用。在仿真模型中，以加強核心結構件的模型為基礎，將側氣囊的點火時間由10ms降低到7ms，計算結果如表2中所示。結果表明，點火時間提前，對假人傷害值影響很小，僅有0.1~0.2mm的優化，因此可以判斷，側氣囊的軟硬程度對假人胸部位移的影響更大。為了驗證方案有效性，同時計算了8ms以及9ms時刻點火的方案，變化趨勢與7ms基本一致。

通過觀察模型動畫發現，假人胸部位移峰值時刻，氣囊仍然有一定厚度，并無穿透現象，因此可以判斷氣囊偏硬，對假人胸部產生了作用力。通過模型中將氣孔由17mm增大至20mm后，計算結果如表2中所示。結果表明：氣孔優化可以有效降低假人胸部位移，上、中、下肋骨均有 9mm左右的降低，優化效果顯著。通過動畫觀察，側氣囊并未出現穿透現象，表明氣囊緩沖作用較好。

表2 側氣囊參數優化結果

4 扶手凸出量優化

根據以上方案計算結果發現，所有方案的計算值中，中肋位移量總是大于上肋及下肋位移量。從仿真模型中可以看到，車門的扶手位置與假人中肋及下肋骨平齊，且經過測量，該車型的扶手凸出量為 70mm。在碰撞過程中，扶手會擠壓到假人的中肋及下肋，因此導致中肋和下肋位移量比上肋位移量高。

表3 扶手凸出量優化結果

在核心結構件及氣孔均優化后的基礎上，將扶手凸出量從70mm降低至50mm，結果發現，假人中肋及下肋的位移量均有明顯降低，如表3所示。因此，在初期CAS校核過程中，要對車門內飾凸出量進行嚴格控制，避免造成假人胸部傷害偏大。

5 結論

本文以某車型為研究目標，建立仿真模型，對WorldSID假人胸部傷害的優化方法進行研究。結果表明：

（1）加強門檻及 B柱等核心結構材料是控制假人傷害值的前提，由于大壁障質量比之前的壁障高，且新版側碰臺車位置也較老版高，在核心結構材料不變的情況下，車身加速度以及車門入侵量必然會增加。因此，需要加強側面車身核心結構件。

（2）提前點火時間對假人胸部傷害值的影響較小，基于WorldSID假人的氣囊點火時間可以延用基于ES-2假人的氣囊點火時間。

（3）在氣囊發生器與整車匹配的前提下，調節氣囊氣孔尺寸依然是最有效的降低假人傷害值的方法。

（4）控制扶手凸出量也可以降低假人胸部傷害，尤其對于與扶手位置重疊的肋骨位移量。

[1] 劉磊,朱海濤,李充,等. WorldSID 50 百分位男性假人研究 [J]. 天津科技,2014,41（8）：50-54.

[2] C-NCAP評價規則（2018版）[S].

[3] 劉玉云,岳鵬,鄭顥,等. 基于靜態沖擊的WorldSID與ES-2假人特性對比研究[J]. 汽車工程學報,2016,6（6）：460-465.

[4] 李麗,朱西產,馬志雄,等. 基于Madymo的WorldSID和 ES2假人性能比較[J].佳木斯大學學報,2013,31（6）：822-828.

[5] 劉喜龍,董麗萍,朱西產,等. 2015年Euro NCAP側碰規程變化的影響研究. 第十一屆國際汽車交通安全論壇論文集：[C].重慶：2014.435-443.

Chest Injury Optimization of WorldSID Dummy for a Car Model

Li Guo1, Fang Quyu2, Li Gen1
（1. China Automotive Technology & Research Center, TianJin 300300; 2. Chery Automobile Co., Ltd., Anhui wuhu 241009）

Due tothe high simulation degree, WorldSID dummy has been chosen by more and more NCAP organizations to replace the ES-2 dummy. The 2018 edition of C-NCAP also determinedto use WorldSID dummy for side impact tests.There are significant differences in shape, structure, sensor and dynamic response between WorldSID dummy and ES-2 dummy, so the injury optimization methodbased on there two dummies would also be different. A car was chosen as the research object in this paper, and the optimization method of WorldSID dummy chest injury was studied by simulation.The results showed that the effect of ignition time on the chest injury wassmall, and the effective method was strengthening the threshold and the B pillar material, adjusting the size of the side airbag hole and controlling the amount of handrails protruding.

WorldSID; chest injury; simulation; optimization

CLC NO.: U467.1+4 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)12-154-03

U467.1+4 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7988 (2017)12-154-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.12.051

栗國，碩士研究生，工程師，就職于中國汽車技術研究中心，主要從事汽車被動安全方面的研究。