正碰假人胸部傷害值與安全帶力值分析

田威，李君

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正碰假人胸部傷害值與安全帶力值分析

田威，李君

（中國汽車技術研究中心有限公司，天津 300300）

通過2018版C-NCAP 10款車型正面碰撞試驗前排主駕假人的數(shù)據(jù)分析得知，安全帶的力值與假人胸部壓縮量存在較大的相關性，主要將安全帶分兩部分考慮，從肩帶力值與腰帶力值入手分析，具體分析了在正面碰撞過程中肩帶力值和腰帶力值與假人胸部壓縮量的關系，同時結合肩帶力值與腰帶力值的對比，得出了在正面碰撞試驗過程中可以考慮減小腰帶力值改善假人胸部壓縮量值，從而更好地保護乘員。

C-NCAP；肩帶力值；腰帶力值；胸部壓縮量

2018-07-01起，《中國新車評價規(guī)程管理規(guī)則（2018版）》開始正式實施。與2015版相比，新版評價規(guī)程規(guī)則增加了相關方面的評價試驗，對車輛安全性能提出更高的要求，假人的傷害值最能體現(xiàn)真實車輛碰撞情況下車輛對人的保護等級，作為前排假人，胸部壓縮量這一指標是體現(xiàn)胸部傷害高低的參數(shù)，同時，作為易失分項，不得不對胸部壓縮量進行更為細致、審慎的研究。

2018版C-NCAP與2015版C-NCAP相比，胸部得分均占了很大的分數(shù)（5分），不同的是得分率作為了2018版C-NCAP的評價標準[1]。在2018版C-NCAP正面碰撞中，胸部部位評分通過測量假人相關指標產生，最高得分為5分，其評價指標包括壓縮變形量和粘性指數(shù)，通過大量的碰撞數(shù)據(jù)顯示，粘性指數(shù)基本都是GOOD，所以，本文主要從胸部的壓縮變形量入手分析胸部的傷害。

胸部的高性能限值為胸部壓縮變形量為22 mm，低性能限值為胸部壓縮變形量為50 mm，即胸部壓縮變形量小于22 mm則可以得到GOOD的評價即5分的加分，處于兩者之間的胸部壓縮變形量采用線性插值的辦法計算得出不同的得分及相應評級，相應的評級對應不同的分數(shù)，評級由好到差分別為GOOD、ADEQUATE、MARGINAL、WEAK。對于正面碰撞試驗而言，前排假人的胸部得分率還是比較低的。胸部失分因素很多，比如安全帶的高調位置、安全帶的預緊限力、假人姿態(tài)等，基于試驗車輛均為暢銷車型，很多設計因素均不能發(fā)生改變，本文對于以上因素忽略，主要對安全帶的力值進行詳盡分析。

1 前排假人胸部得分情況

2018版管理規(guī)則實施以來，中國汽車技術研究中心有限公司已進行了數(shù)十款車的碰撞試驗。為了研究正面碰撞前排假人的胸部得分情況與安全帶力值之間的關系，本文收集了十款車的前排假人胸部壓縮變形量結果與安全帶值進行對比分析。對比分析的前提為假人均為標定過的50百分位的正碰前排假人，假人的H點設計值及其安全帶的高調位置均為每一款車的設計值。同時，需要指出的是，本文研究的內容均為正碰前排主駕假人的胸部壓縮量，這是由于這十款車型前排副駕假人的胸部壓縮量均要小于主駕，在C-NCAP中指出前排得分情況按照得分低的一側進行評價。

通過十款車的正面碰撞試驗可以得出十款車輛前排主駕假人在碰撞過程中胸部壓縮量的最大值及其相應的得分情況，如表1所示。

表1 碰撞過程中胸部壓縮量的最大值及其相應的得分情況

車型胸部壓縮量/mm得分 122.24.96 238.52.05 325.34.41 424.64.54 533.23 630.23.54 724.94.48 825.44.39 923.54.73 1041.71.48

通過表1可以看出，正碰碰撞前排假人胸部得分集中在3.5～4.5分，沒有能夠得到GOOD評級的，能夠得到ADEQUATE評級的有7款，能夠得到MARGINAL評級的有兩款車型，分別為第2款和第5款，能夠得到WEAK評級的有1款車型為第10款，大部分集中在評級的第二檔，得分率不高，胸部壓縮量偏高。

通過正碰碰撞試驗前排主駕假人安全帶肩部和腰部的力傳感器分析出不同碰撞時刻的力值的大小，現(xiàn)在考慮在正面碰撞過程中主駕安全帶的肩部受力與腰部受力為最大值的出現(xiàn)時刻，如表2所示。

表2 主駕安全帶的肩部受力與腰部受力為最大值及其出現(xiàn)

車型12345678910 S-MAX/kN3.64.24.83.64.64.43.93.53.84.8 T1/ms75.23686.137.754.138.337.733.449.475.3 L-MAX/kN7.38.85.49.25.78.69.177.710.8 T2/ms63.557.466.361.666.661.859.862.365.863 胸壓量/mm22.238.525.324.633.230.224.925.423.541.7 評級ADEMARADEADEMARADEADEADEADEWEAK

表2中顯示了10次正面碰撞試驗的數(shù)據(jù)，S-MAX為正碰試驗肩部力的最大值，T1為S-MAX出現(xiàn)的時刻，L-MAX為正碰試驗腰部力的最大值，L-MAX為正碰試驗腰部力的最大值，胸壓量為正碰試驗的最大壓縮量值，評級為正碰試驗的得分評級。通過表1和表2可以看出，碰撞過程中安全帶肩部力值和腰部力值均在一個量級范圍內，不同之處是安全帶肩部力值和腰部力值出現(xiàn)的時刻及大小有差別，胸部得分比較低。通過S-MAX、L-MAX與對應時刻T1、T2的關系，可以得出各款車型不同的結構設計導致出現(xiàn)的最值時刻不盡相同，差異性較大；通過S-MAX、L-MAX的對比，可以看出十款車型的胸部壓縮量與最值關系不大。

2 前排假人肩帶力的分析

假人胸部壓縮量涉及到假人胸部剛度，在正面碰撞試驗中，安全帶作用下產生的剛度與安全帶和假人胸部的接觸方式有關，胸部上方（肩部）接觸為主剛度較強，胸部下方（肋骨架下沿）接觸為主剛度較小[2]。胸部上方接觸產生力的大小通過碰撞過程中肩帶力可以體現(xiàn)出來，在10次正面碰撞過程中，肩帶力與時間的關系如下圖1所示。

通過圖1看出，10次碰撞試驗中前排假人肩帶力值的峰值分別為：3.5 kN、4.2 kN、4.6 kN、3.5 kN、4.5 kN、4.1 kN、3.7 kN、3.4 kN、3.8 kN、4.7 kN，肩帶力值最大值均小于5 kN，碰撞時刻基本發(fā)生在0～150 ms的過程中，肩帶力在中間一段時間內基本保持穩(wěn)定波形，說明安全帶采用了限力的結構，采用了這種結構可以使得肩帶力不會一直增大，假人胸部壓縮量因更大力擠壓而一直增大，對乘員起到了很好的保護作用。

3 前排假人腰部力的分析

胸部下方接觸產生力的大小通過碰撞過程中腰帶力可以體現(xiàn)出來，在10次正面碰撞過程中，腰部力與時間的關系如圖2所示。通過圖2看出，10次碰撞試驗中前排假人腰帶力值的峰值分別為：7.1 kN、8.4 kN、4.9 kN、8.7 kN、5.3 kN、8.1 kN、8.7 kN、6.8 kN、7.3 kN、10.4 kN，腰帶力值最大值均小于10.5 kN，部分腰帶力峰值較大，在一定程度上不利于假人的胸部壓縮量的減小，碰撞時刻基本發(fā)生在0～150 ms的過程中，腰帶力在中間一段時間內有一個峰值的出現(xiàn)，說明安全帶基本沒有采用限力的結構，這種結構可能使假人胸部壓縮量一直增大而造成失分，各大主機廠可以考慮優(yōu)化腰帶部分的結構以減少腰帶力值繼而改變假人的胸部壓縮量值。

4 肩部力與腰部力分析

這10次正面碰撞試驗中，可以得出假人胸部壓縮量最大時的時刻及對應的胸部壓縮量值，如表3所示，從表3中可以看出每次碰撞試驗中的胸部壓縮量最大值出現(xiàn)的時刻不一樣，說明不同車型有著不同的結構設計及被動安全邏輯，暫不考慮胸部壓縮量值最大時刻的原因。

表3 假人胸部壓縮量最大時的時刻及對應的胸部壓縮量值

車型胸壓最大值時刻/ms胸壓量/mm 198.422.2 271.838.5 36625.3 480.924.6 車型胸壓最大值時刻/ms胸壓量/mm 510133.2 669.130.2 772.524.9 865.525.4 992.623.5 1072.641.7

假設人的肩部力與腰部力反映了肩部與腰部的力與時間的關系，將兩部分的力與時間的曲線合成后如圖3所示。

圖3 10次碰撞試驗的前排主駕假人的肩部力與腰部力關系

通過圖3可以得出，胸壓量最大時刻均出現(xiàn)在腰帶力力值的下降通道中，此時應該為胸部壓縮量增大時的最后時刻，之后胸部壓縮量變小。

肩帶力的峰值小于腰帶力的峰值，當胸部壓縮量最大后，腰帶力處的力值減小而肩帶力處的力值基本不變，胸部壓縮量會變小，說明此時肩帶力的大小的基本影響很小。通過車型2和車型4對比發(fā)現(xiàn)，同樣的腰帶力峰值而胸壓縮量差很多，說明腰帶力的峰值對胸壓縮量結果的影響比較小，同時可以發(fā)現(xiàn)5的腰帶力峰值較小但胸壓縮量壓縮量較大。綜上所述，肩帶力的峰值一般要小于腰帶力的峰值，腰帶力的峰值大小對胸部壓縮量影響較小，同時，想要減小胸部壓縮量的最大值，可以考慮在碰撞過程中減小腰帶力的大小。

5 結論

本文通過10次正面碰撞前排假人的胸部壓縮量值與安全帶力值的關系進行了較為詳細的分析，而安全帶力值主要從兩個方面進行了討論。從碰撞結果曲線中分析發(fā)現(xiàn)，肩帶力值會有一段相對穩(wěn)定的時間段，而腰帶力值則會出現(xiàn)波峰及最大值，這主要取決于當下車輛的安全帶配置，安全帶力值波形可以準確地反映碰撞過程。肩帶力值與腰帶力值進行對比發(fā)現(xiàn)，胸部壓縮量的峰值均出現(xiàn)在腰帶力峰值之后，而此時肩帶力值變化不大，說明了胸部壓縮量的最大值與腰帶力相關性較大，可以考慮在碰撞過程中減小腰帶力值進而減小胸部壓縮量值，進而在胸部得到更高的評分。

［1］中國汽車技術研究中心. C-NCAP管理規(guī)則（2018年版）［S］.天津：中國汽車技術研究中心有限公司，2018.

［2］商恩義.基于女性假人胸部傷害的后排安全帶固定點位置［J］.上海：上海電機學院學報，2017（04）.

2095－6835（2019）07－0046－03

U467.14

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.07.046

田威（1990—），男，研究方向為車輛碰撞試驗研究。李君（1990—），男，研究方向為車輛碰撞試驗研究。

〔編輯：張思楠〕