汽車碰撞中影響假人膝部滑移量的因素分析

龔 禹

華晨汽車工程研究院（沈陽 110034）

隨著汽車安全技術的提高，正面碰撞中乘員上肢受到嚴重傷害的概率明顯降低，乘員下肢的傷害問題隨之顯現出來，假人膝部滑移量是評判100%正面碰撞和 40%偏置碰撞中人體大腿損傷的重要性能指標之一，目前的 C-NCAP也要求在前碰撞中對假人膝部滑移量進行評價，相對于大腿壓縮力，膝部滑移量更易造成大腿失分。對于各類小型乘用車， 有限的腿部運動空間和碰撞中的減速曲線導致腿部失分增多。本文基于X項目對假人的膝部滑移量影響因素進行分析，并應用 MADYMO分析工具進行基礎碰撞分析，以發現各種因素對膝部滑移量的影響效果，在此基礎上提出了降低膝部滑移量的工程更改方法，并在實車碰撞中進行了優化驗證。

碰撞試驗數據顯示大腿部位的得分與目標值存在一定的差距，突出問題為膝部滑移量偏大，分析其原因有二，①在現有膝部空間已定的前提下，雨傘盒造型、雨傘盒支架及其支架前方風機布置，導致小腿在碰撞中受力偏大，導致失分；②座椅的系統剛度較小，導致在碰撞中假人出現下潛姿態，導致膝部滑移量增大導致失分。從膝部滑移量傷害機理，針對于雨傘盒造型、支架以及座椅系統剛度進行 MADYMO仿真、分析及優化，提出工程解決方案并在實車驗證中得以驗證。

人體膝部韌帶和肌腱受到過度拉伸會拉傷或撕裂，最大位移傷害準則應用在該部位，該準則主要針對在碰撞中膝蓋和小腿上部與護膝板的作用，作用力導致小腿上部與大腿出現相對剪切運動，此運動對膝蓋位置的十字交叉韌帶產生拉伸作用，可能會導致韌帶受損或撕裂，為了仿真模擬傷害機制，使用橡膠塊來控制膝蓋滑移特性，使用線性電位計來測量膝部滑移量，在MADYMO軟件中，模擬小腿與大腿相對運動所使用的鉸為轉動滑移鉸。

通過分析人體膝部結構，了解試驗用HybridⅢ50%假人膝部傳感器工作原理，從而明確影響膝部滑移量的條件，通過使用 MADYMO假人膝部滑移量仿真，分析出當前影響膝部滑移量的原因，從而明確優化目標。

座椅系統的剛度會影響碰撞中假人的運動姿態，剛度偏小會使假人出現下潛運動姿態，往往會造成膝部滑移量增大，采用CAE仿真進行座椅系統剛度對假人右腿膝部滑移量影響分析，仿真中通過對座椅坐墊的剛度進行縮放以對座椅系統剛度進行調整，座椅在碰撞過程中的整體下塌運動等均以此為代表。

當座椅系統剛度較小時，假人同一時刻出現下潛姿態，從而導致膝部位移量出現增大趨勢。

由臺車試驗可以看到，當采用較弱的座椅結構時候，座椅下塌較為嚴重，座椅結構較強，下塌量相對較小，為了得到數據支持，在座椅加強前后通過采集坐盆不同位置的加速度，加以積分得到位移，從而獲得以下位移比較，前端的傳感器所采集得到的位移在座椅加強前后并無明顯區別。

由仿真分析結果可知，下塌較大時其膝部滑移量較大，加強后的座椅對膝部滑移量減小有很大好處。

通過仿真結果和實車試驗數據可知，儀表板下護板的造型及內部結構對假人膝部滑移量有很重要的影響，當采用較強的雨傘盒支架或雨傘盒造型會導致假人有較大的膝部滑移量；同時，座椅系統剛度會影響假人在碰撞中的運動姿態，進而影響假人的膝部滑移量，所以控制假人小腿前方空間及儀表板下護板的造型和剛度以及座椅系統剛度會對假人膝部滑移量有較好的控制。

[1]RogerP.Danie,Dearbor,Mich.FORCE-INDICATINGDU MMYLEGS:US,288,873[P/OL].1987(7).