基于側面可移動變形壁障碰撞與側面柱碰撞的假人損傷對比研究

王友俊　劉燦燦　閆肅軍

摘 要：為了研究側面可移動變形壁障碰撞（AE-MDB）與側面柱碰撞中假人損傷情況，本文選取同一純電動A級轎車，分別進行AE-MDB與側面柱碰撞試驗，對駕駛員位置的WorldSid假人的損傷情況進行對比研究。結果表明，側面柱碰撞中假人頭部損傷更大;但AE-MDB中假人的胸部肋骨壓縮量、腹部肋骨壓縮量、恥骨合力更大。同時，相比于側面柱碰試驗，AE-MDB試驗中假人損傷曲線更早達到峰值。

關鍵詞：側面可移動變形壁障碰撞 側面柱碰撞 假人損傷

1 前言

隨著人民生活水平的提高，汽車已經逐步成為日常生活中的主要代步工具。而隨著汽車銷量的增加，汽車安全也成為人們考慮的主要問題。受制于以前的技術和成本，很多汽車設計開發時并沒有考慮到對乘員的保護，以至于早些年交通事故的死亡人數很高;隨著現代技術的發展，人類的保護意識提高，各個國家對于汽車的法規越來越多且越來越嚴苛，推動了汽車生產商對汽車安全的關注度，而乘員損傷情況能直接反映出汽車的安全性能，所以在汽車開發過程中會進行多次碰撞試驗來對乘員的損傷情況進行研究。

對AE-MDB以及側面柱碰試驗中假人損傷的研究很多。文獻[1]對側面碰撞中的乘員損傷以及防護措施進行了研究;文獻[2]對側面柱碰撞中的乘員損傷機理進行了仿真分析;文獻[3]是對40%重疊可變形壁障碰撞和側面碰撞試驗進行了對比研究。

本文基于Euro-NCAP中的側面碰撞試驗和側面柱碰撞試驗，對同一A級電動汽車進行了兩次試驗，對駕駛員位置的WorldSid假人的損傷進行了對比研究。

2 試驗方法

2.1 側面可移動變形壁障碰撞（AE-MDB）

AE-MDB試驗是Euro-NCAP試驗中一種重要的碰撞形式，如下圖1所示，它是模擬十字路口一輛車的車頭撞向另一輛車的駕駛員一側;試驗臺車重1400kg，蜂窩鋁下邊沿高度距離地面300mm，臺車撞擊試驗車輛時的速度60km/h，臺車蜂窩鋁沿移動方向的中心線撞擊車輛R點向車輛后方250mm，誤差范圍前后±25mm，上下±25mm;試驗車輛駕駛員位置放置一個重75kg的WorldDID 50th男性假人，駕駛員后面放置一個重36kg的Q系列10歲兒童，乘員后面放置一個重23kg的Q系列6歲兒童。

2.2 側面柱碰撞

側面柱碰撞試驗是Euro-NCAP試驗中另一種重要的碰撞形式，如下圖2所示，試驗車輛駕駛員位置放置一個重75kg的WorldDID 50th男性假人，車輛放置在一個足夠大的滑行地板上，由牽引系統牽引滑行地板帶動車輛撞擊直徑254mm的剛性柱子，車輛的縱向與滑行地板的移動方向成75°夾角，碰撞時的速度達到32km/h，假人頭部質心和車輛撞擊一側表面垂直平面的交叉線要與剛性柱表面的中心線重合，誤差范圍±25mm。

3 假人損傷評價指標

對WorldSid假人的評價指標主要包括頭部、胸部肋骨壓縮量、腹部肋骨壓縮量、骨盆恥骨力。

3.1 頭部

Euro-NCAP中指出頭部性能限值HIC15指標范圍是500-700，累積3ms合成加速度指標范圍是72g-80g。

合成加速度值和HIC值通過下面公式計算：

? ?（1）

（2）

公式中，AR為頭部質心合成加速度，AX、AY、AZ分別為頭部質心三個方向的加速度;試驗中t2-t1≤15ms，計算碰撞過程中HIC15的最大值并進行評價。3ms合成加速度為累積時間達到3ms的頭部合成加速度的最大值。

3.2 胸部

Euro-NCAP中指出胸部肋骨壓縮變形量指標范圍是28mm-50mm。

胸部肋骨變形量通過下面公式（3）計算，

Dythorax=max（Dy（t）-Dy（0））? ? ? ? （3）

式中：

Dy（t）=R（t）*sin（φ（t））;

R（t）--胸部IR-TRACC濾波后長度;

φ（t）--胸部IR-TRACC濾波后轉動角;

Dy（0）—0時刻胸部肋骨位移;

3.3 腹部

Euro-NCAP中指出腹部肋骨壓縮變形量指標范圍是47mm-65mm。

腹部肋骨變形量通過公式（4）計算， Dyabdomen=max（Dy（t）-Dy（0））? ? ? ? ? （4）

式中：

Dy（t）=R（t）*sin（φ（t））;

R（t）—腹部IR-TRACC濾波后長度;

φ（t）—腹部IR-TRACC濾波后轉動角;

Dy（0）—0時刻腹部肋骨位移;

3.4 骨盆

恥骨力峰值指標范圍是1.7kN-2.8kN。

數據采集設備可直接采集碰撞時的力數值，不需要通過公式計算。

4 假人損傷對比分析

選用同一種純電動A級轎車分別做側面可移動變形壁障碰撞試驗和側面柱碰撞試驗，為了保證假人損傷數值的可靠性，駕駛員位置用同一個WorldSid 50th男性假人;試驗后測得AE-MDB臺車速度60.2km/h，側柱碰撞試驗速度32.1km/h，數據采集設備采集到假人各部位數值如下：

4.1 頭部

兩種試驗中頭部合成加速度如下圖3所示：

從圖中可以看出，AE-MDB試驗碰撞發生后52ms，假人頭部合成加速度達到最大值43.86g;側柱碰撞發生后51.8ms，假人頭部合成加速度達到最大值50.16g。

將采集到的數據代入到HIC公式中，我們可以計算得到，AE-MDB碰撞試驗的假人頭部HIC15值是143，累積3ms合成加速度值是42.56g;側柱碰撞試驗的假人頭部HIC15值是223，累積3ms合成加速度值是48.58g。

側面柱碰撞試驗中，柱子比較高，撞擊范圍可以覆蓋到假人的頭部;AE-MDB試驗中，臺車蜂窩鋁撞擊范圍達不到假人頭部。所以，假人頭部在側柱試驗中受到的傷害值比較大，但是這兩次試驗的假人傷害值都沒有超過標準范圍，頭部都獲得滿分。

4.2 胸部

4.2.1 胸部第一根肋骨

兩種試驗中胸部第一根肋骨的壓縮變形量如下圖4所示：

從圖中可以看出，AE-MDB試驗碰撞發生后45.6ms，胸部第一根肋骨達到變形量最大值31.40mm;側柱試驗碰撞發生后50.5ms，胸部第一根肋骨達到變形量最大值29.69mm。

4.2.2 胸部第二根肋骨

兩種試驗中胸部第二根肋骨的壓縮變形量如下圖5所示：

從圖中可以看出，AE-MDB試驗碰撞發生后45.3ms，胸部第二根肋骨達到變形量最大值29.51mm;側柱試驗碰撞發生后50.3ms，胸部第二根肋骨達到變形量最大值25.12mm。

4.2.3 胸部第三根肋骨

兩種試驗中胸部第三根肋骨的壓縮變形量如下圖6所示：

從圖中可以看出，AE-MDB試驗碰撞發生后46.1ms，胸部第三根肋骨達到變形量最大值32.43mm;側柱試驗碰撞發生后49.7ms，胸部第三根肋骨達到變形量最大值25.15mm。

通過上邊對胸部三根肋骨的壓縮量進行分析，可以得出：側面柱碰撞試驗中，假人胸部第一根肋骨壓縮量超過Euro-NCAP中規定的最低限值，有少量扣分，第二、三根肋骨都是滿分;AE-MDB試驗中，假人三根肋骨壓縮量均超過Euro-NCAP中規定的最低限值，均有相應的扣分。

4.3 腹部

4.3.1 腹部第一根肋骨

兩種試驗中腹部第一根肋骨的壓縮變形量如下圖7所示：

從圖中可以看出，AE-MDB試驗碰撞發生后48.2ms，腹部第一根肋骨達到變形量最大值42.99mm;側柱試驗碰撞發生后48.6ms，腹部第一根肋骨達到變形量最大值41.63mm。

4.3.2 腹部第二根肋骨

兩種試驗中腹部第二根肋骨的壓縮變形量如下圖8所示：

從圖中可以看出，AE-MDB試驗碰撞發生后46.1ms，腹部第二根肋骨達到變形量最大值41.91mm;側柱試驗碰撞發生后48.1ms，腹部第二根肋骨達到變形量最大值39.41mm。

兩次試驗中腹部肋骨壓縮量均小于Euro-NCAP中規定的最低限值，該部位滿分。

4.4 骨盆

兩種試驗中骨盆恥骨力如下圖9所示：

如上圖所示，AE-MDB試驗碰撞發生后42.8ms，恥骨力達到最大值1.45kN;側柱試驗碰撞發生后48.2ms，恥骨力達到最大值0.89kN。

兩次試驗中骨盆恥骨力均小于Euro-NCAP中規定的最低限值，該部位滿分。

5 結論

通過對上述兩種試驗中WorldSid假人的損傷進行對比分析，我們可以得出以下結論：

1.側面柱碰撞試驗中，頭部HIC15和累積3ms合成加速度值比AE-MDB試驗要大。

2.AE-MDB試驗中，胸部三根肋骨傷害值相比于側面柱碰撞試驗要大。

3.AE-MDB試驗中，腹部兩根肋骨傷害值相比于側面柱碰撞試驗要大。

4.AE-MDB試驗中，骨盆的恥骨力傷害值相比于側面柱碰撞試驗大。

5.相比于側面柱碰試驗，AE-MDB試驗中假人損傷曲線更早達到峰值。

參考文獻：

[1]楊煌. 乘用車側面碰撞乘員損傷及防護措施研究[D].長沙理工大學，2017.

[2]盧靜，鄭顥，劉玉云，王玉超，歐陽俊.轎車側面柱碰撞乘員損傷機理仿真（續2）[J].汽車工程師，2019（02）：25-27.

[3]王琦，羅素云，徐沖.40%重疊可變形壁障碰撞和側面碰撞試驗探究[J].農業裝備與車輛工程，2020，58（07）：80-83.