轎車側面柱碰撞乘員損傷機理仿真（續2）

盧靜 鄭顥 劉玉云 王玉超 歐陽俊

（廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院）

4 約束系統對乘員損傷的影響

4.1 安全帶對乘員損傷的影響

圖8示出側面柱碰撞中安全帶仿真分析模型。基于圖2，文章研究了安全帶對乘員損傷的影響，如圖9所示。從圖9 可以發現，在有安全帶的作用下，乘員損傷整體降低；對乘員胸部上肋骨影響最大，壓縮量從57 mm 降低到52 mm，降低幅度為8.8%。可以認為安全帶對乘員損傷有一定影響，但影響較小。

圖8 側面柱碰撞中安全帶仿真分析模型

圖9 側面柱碰撞中安全帶對乘員損傷的影響對比

4.2 安全氣囊對乘員損傷的影響

基于圖8b，以“不觸底前提下剛度盡可能小”為基本原則，分析了安全氣囊剛度對乘員損傷的影響，分析結果，如圖10所示。從圖10 可以發現，剛度縮放80%后，乘員損傷整體降低明顯，其中對乘員腹部上肋骨影響最大，壓縮量從57 mm 降低到43 mm，降低幅度為24.6%；可以認為安全氣囊對乘員損傷影響大。

圖10 側面柱碰撞中不同安全氣囊剛度下的乘員損傷對比

5 柱碰乘員損傷機理

根據車體結構和約束系統對乘員損傷影響的評價結果，車體剛度及車體質量對乘員損傷的影響較小，安全帶對乘員損傷的影響約為8.8%，安全氣囊對乘員損傷的影響約為24.6%。在影響因素中，安全氣囊是最主要的設計因素，安全帶可起到較小影響，車體質量和車體剛度的影響較輕微，主要原因是在側向碰撞中，座椅和安全帶對乘員的約束作用較小，在碰撞發生時，乘員處于一個接近完全自由的狀態，直到乘員與展開的側面安全氣囊接觸，并受到側面安全氣囊的保護作用，同時在側面柱碰撞中，車門與剛性柱接觸的前10 ms 內已完成變形，如圖4所示，所以側面安全氣囊完全展開時，一側受到乘員的擠壓，另一側與完成變形的車門直接接觸，在整個柱碰撞過程中，對乘員起到吸能作用的只有側面安全氣囊和門飾板。在進行設計時，需要保證安全氣囊展開所需的初始空間，盡量提前側面安全氣囊的點爆時間。

6 雙腔側面氣囊的保護研究

根據4.2 節的分析結果，腹部損傷滿足US-NCAP中不扣分的要求，胸部損傷在上限值與下限值之間，處于中等偏下水平；胸部損傷仍然是重點失分項，與US-NCAP 數據庫中結果一致。為進一步優化乘員胸部損傷，文章提出了一種雙腔側面氣囊來滿足乘員胸腹部和髖部對側面氣囊不同的剛度需求，如圖11所示。圖12 示出側面柱碰撞中雙腔氣囊與單腔氣囊壓力對比。圖13 示出側面柱碰撞中單腔體與雙腔體氣囊下乘員損傷對比。

圖11 雙腔氣囊與單腔氣囊對比

圖12 側面柱碰撞中雙腔氣囊與單腔氣囊壓力對比

圖13 側面柱碰撞中單腔體與雙腔體氣囊下乘員損傷對比

從圖12 和圖13 中可以看出，相比于單腔氣囊，使用雙腔氣囊后，上腔體氣囊壓力在胸部肋骨位移峰值出現時刻（20～40 ms）明顯降低，對應著胸部上、中肋骨壓縮量分別降低19.4%和24.3%；下腔體氣囊壓力在乘員髖部與氣囊接觸之后，一致高于單腔體氣囊，說明增加了對髖部的支撐約束，有利于腹部肋骨壓縮量的降低，腹部上、下肋骨壓縮量分別降低11.8%和23.5%；使用雙腔體氣囊后，胸部上、中、下肋骨位移量分別為29，28，30 mm，接近US_NCAP 中規定的上限值（27 mm）。

7 結論

1）歐洲EURO-NCAP、美國FMVSS214 和US-NCAP 分別提出了對側面柱碰撞工況的考察。與EURO-NCAP 法規相比，FMVSS214 和US-NCAP 法規考察工況更為惡劣；目前中國法規還沒有對側面柱碰撞工況展開考察，有必要提前開展側面柱碰撞保護機理研究。

2）在側面柱碰撞乘員保護中，車體剛度和車體質量對乘員損傷影響小；安全帶對乘員損傷有一定影響；安全氣囊和側面門飾板對乘員損傷影響大。側面柱碰撞的乘員保護與結構設計關聯性小，更多的是與約束系統的設計相關。

3）側面柱碰撞的乘員保護主要依靠側面安全氣囊和門飾板，在進行安全氣囊設計時，需要保證安全氣囊展開所需的初始空間，同時應盡量提前側面安全氣囊的點爆時間。

4）在側面柱碰中采用雙腔氣囊可以更好地滿足乘員胸腹部及髖部對側面安全氣囊的不同剛度需求，讓乘員胸腹部損傷得到進一步優化，滿足US-NCAP 法規中乘員胸腹部位移接近不扣分的要求。