18°角碰撞工況中不同體位假人損傷研究

摘要：角度碰撞是一種發生率極高的道路交通事故類型，但目前汽車領域針對帶有角度碰撞的標準很少，僅GB 11552-2009《乘用車內部凸出物》中涉及角度，也只是驗證碰撞中假人頭部是否與儀表板發生接觸，并不考核假人其他部位及損傷。本文依托于內凸試驗18°滑臺碰撞工況平臺，通過試驗的方法，探究不同體位假人的損傷特性。結果顯示：5th假人胸部損傷指標最大;50th假人右大腿力損傷值最大;95th假人的左大腿力損傷值最大。結果表明碰撞過程中，不同體位的假人均受到不同程度的損傷。試驗結果為標準GB 11552-2009《乘用車內部凸出物》的修訂提供了假人損傷數據支撐。

關鍵詞：角度碰撞;滑臺試驗;不同體位;假人損傷

中圖分類號：U467.5

文獻標識碼：A

0引言

真實的道路交通事故中，兩車的碰撞方向通常會有一定的夾角。根據有關數據統計結果表明，帶有角度的碰撞交通事故發生率占汽車正面碰撞的80%左右[1-2]。但目前汽車碰撞安全領域內針對有關角度碰撞的標準法規還不多。目前，國內外有關汽車正面碰撞標準中僅《乘用車內部凸出物》中提到角度碰撞[3]，但只驗證碰撞過程中假人頭部與儀表板是否發生接觸。

蘭州交通大學牛衛中等人通過有限元模型仿真手段研究了某SUV在小重疊正面斜角碰撞工況中車體耐撞性的影響因素[4];湖南大學曹立波、張萍和劉優寶等人主要是通過有限元模型仿真模擬了車與車發生斜角碰撞的情況，模擬結果驗證了在斜角碰撞工況中，假人損傷不容忽視[5-8]。綜上，現有的少量研究也主要是通過仿真的手段對《GB11552-2009乘用車內部凸出物》中的試驗工況進行模擬，缺乏真實可靠的試驗數據支撐。

本文依托于內凸試驗18°滑臺碰撞試驗工況平臺，分別以5th、50th和95th假人為研究對象，通過加速式滑臺碰撞試驗方法來進一步探究，不同體位假人在相同角度碰撞工況中的各部位損傷特性及其關聯關系，這對于完善《GB 11552-2009乘用車內部凸出物》及降低交通事故中乘員傷亡率具有十分重要的現實意義。

1試驗結果分析

本文試驗以假人頭部、胸部和腿部損傷指標來表征碰撞事故中，駕駛員的上半身和下肢的損傷情況。為了準確表征出不同體位假人的損傷特性及差異，以多次試驗數據為基礎進行統計分析，取其平均值。試驗結果如圖1和圖2所示。

1.1頭部損傷

頭部3ms合成加速度是表征頭部傷害程度的主要指標之一。圖1表明3種假人頭部3ms合成加速度最大值相差不大，分別為47.43g、49.69g和47.34g，表明假人頭部受到損傷沖擊程度基本一致。圖中還顯示3種假人頭部開始出現加速度的時刻不同，5th假人出現加速度的時刻最早，95th假人最晚。由于5th假人相對最小，一般將座椅調至最前最上的位置，假人頭部與方向盤間的距離比較近，因此在碰撞過程中其頭部與氣囊接觸的時間要早于50th假人和95th假人。5th假人頭部與氣囊在48.9ms時發生接觸，但此時氣囊還未完全展開，隨后在頭部慣性力和氣囊的反作用力共同作用下，頭部加速度達到相對的平衡，直至氣囊開始泄氣。

1.2胸部損傷

胸部壓縮量是評價乘員胸部損傷程度的重要參考指標。圖1顯示：5th假人最大，為50.25mm，50th假人最小為28.11mm。表明了在18°角度碰撞過程中，5th假人胸部受到損傷的風險更大。這是由于5th假人身材較小，在碰撞的初期，腰部安全帶緊緊將乘員束縛在座椅上，限制了假人軀干的運動。但假人頭部由于慣性，快速向前運動，造成胸部相對脊椎產生較大運動。

隨著碰撞過程進行，較小的5th假人的胸部最早與方向盤發生二次接觸，隨后由于方向盤的擠壓，造成胸部壓縮量增加更為明顯。而50th假人和95th假人胸部壓縮量最大值基本相當，只是95th假人的胸部壓縮量曲線比50th假人延遲。這是由于胸部受到阻礙產生較大的壓縮變形，而95th假人較大，試驗時位置相對靠后，胸部與方向盤間的距離較大，即發生較大壓縮的時刻相對靠后。

1.3腿部損傷

由于在劇烈的碰撞過程中，腿部往往會和車內儀表板發生二次撞擊。圖2顯示：95th假人的左大腿力傷害值大于5th假人和50th假人;50th假人的右大腿力傷害值大于5th假人和95th假人。這表明在18°碰撞工況中，95th假人的左大腿受到損傷的風險較大，而50th假人的右大腿受到損傷的風險較大。這是由于車身的縱向中心線與碰撞方向呈18°夾角，在碰撞過程中，假人向內飾的中間移動，由于95假人身體較重，慣性較大，且腿部運動空間有限，造成左腿膝部先與汽車內飾發生二次碰撞，產生較大的撞擊力，消耗了大量的能量，大大緩沖了右腿的沖擊。

2結束語

（1）5th假人胸部損傷指標高于50th假人和95th假人，表明事故中5th假人上半身受到損傷的風險更大。

（2）95th假人的左大腿損傷程度最大，50th假人右大腿損傷風險最大，表明事故中身材越大的乘員下肢發生損傷的風險更大。

（3）根據試驗結果，建議GB 11552-2009《乘用車內部凸出物》試驗測評中也應適度考量假人的胸部、腿部等損傷。

【參考文獻】

[1] Ragland Carl L，Fessahaie Osvaldo，Elliott Daniel.Evaluation of frontal offsetlobliqe collision test conditions[C]/ International Technical Conference on the Enhanced Safety of Vehicles，Paper.2001（17-385）.

[2] SULLIVAN K，HENRY S，LAITURI T R.A Frontal Impact Taxonomy for USA Field Data[J].SAE International Journal of Passenger Cars Mechanical Systems，2009，1（1）：406-429.

[3]GB11552-2009乘用車內部凸出物[S].

[4]牛衛中，許鵬善，劉金鑫.小重疊正面斜角碰撞工況對車體耐撞性的影響[J]。汽車安全與節能學報，2017，8（1）：53-58.

[5]曹立波，張萍，顏凌波，等.在車對車碰撞條件下轎車斜角碰撞及小重疊碰撞的駕駛員損傷研究[J].汽車工程，2016，38（2）：174-180.

[6]張萍.車與車斜角碰撞的駕駛員損傷研究[D].長沙：湖南大學，2015.

[7]劉優寶.基于轎車的車與車斜角碰撞仿真及駕駛員損傷研究[D].長沙：湖南大學，2017.

[8]費敬，陳可明，樂中耀，等.約束系統匹配對車-車斜角碰撞中駕駛員損傷影響[J].汽車工程學報，2014，4（5）：335-341.

作者簡介：

武永強，工程師，工學碩士，研究方向為汽車被動安全。