對某車型兩種側面撞柱試驗假人傷害研究

商恩義，侯福震，師玉濤，楊勁松

（長城汽車股份有限公司技術中心,河北省汽車工程技術研究中心, 河北，保定 071000）

在《聯邦機動車輛安全標準：No.214側面碰撞保護（FMVSS 214）》和《歐洲新車評價規程（E-NCAP）》（2013版）中，都規定有側面撞柱試驗，但兩種試驗條件有所不同[1-2]。FMVSS214側面撞柱試驗規定假人頭部重心在側面柱縱向中心平面上；試驗車輛的縱向中心平面與側面柱縱向中心平面夾角在75°±3°范圍內，試驗假人為SIDⅡs或ES-2re（圖1）。當前E-NCAP側面撞柱試驗規定：假人頭部重心在側面柱縱向中心平面上；試驗車輛的縱向中心平面與側面柱縱向中心平面夾角在90°±3°范圍內，試驗假人為ES-2型。

另外，歐盟規劃在2015年以后，在E-NCAP中規定的側面撞柱試驗形式向FMVSS 214靠攏，即碰撞形式將改為與美國標準一致，但假人考慮采用WorldSID假人[3]。

基于此，在某L車型開發過程中，按FMVSS214中側面撞柱試驗形式進行了試驗1，按E-NCAP中側面撞柱試驗形式進行了試驗2，對兩種碰撞形式下的假人傷害情況進行了先期研究。為了便于對假人安全性進行對比評價，兩次試驗中，統一使用ES-2型假人。

1 兩種側面撞柱侵入角度差異影響

兩種碰撞試驗，由于車輛碰撞角度存在差異，且均要求假人頭部重心在側面柱縱向中心平面上，則車輛側面與柱壁障的最初接觸位置存在著一定的差異。就L型車而言，試驗1比試驗2碰撞位置靠前115 mm；相對試驗2，試驗1中柱壁障斜向侵入。

為了分析兩種碰撞形式下車輛變形過程的差異，試驗中，分別在中央通道中部位置采集了x向和y向加速度。兩次試驗，車輛與假人坐標均定義為前后為x向，向前為正；左右為y向，向右為正[4]。兩次試驗中中央通道中部加速度比較如圖3所示。

圖3中，兩種碰撞形式下，主要變形方向y方向的表現基本一致，但x方向兩種碰撞形式在30～60 ms間差異明顯。兩次試驗中，x的幅值雖然差別不大，但方向相反，反映了車身在x向變形傳力方向的差異及假人側面受力來源方向的不同。

2 碰撞過程中假人側向運動分析

側面碰撞中，假人初始側向宏觀運動姿態將影響假人各部位與車內側面碰撞時序差異；假人與車內飾碰撞后側面微觀運動姿態反映著假人側向上、中、下不同部位的碰撞強度，因此，對不同碰撞形式下假人傷害的分析離不開對試驗中假人側向運動姿態的分析。

2.1 ES-2假人肋骨架結構

在側面碰撞試驗中，為了收集前排假人各部位在碰撞過程中的受力、變形等信息，在假人身上要布置大量的傳感器，如頭部、T1、肋骨、T12和骨盆幾個位置的加速度a、肋骨變形量D、背板力Fy、腹部力F、恥骨力Fp等，ES-2型假人結構及主要傳感器位置如圖4所示[5]。

圖4中，肋骨分上、中、下3根，測量結果可分別用角標u、m、w表示；腹部力分前、中、后3個測量位置，測量結果分別用角標f、m、r表示。

2.2 背板力曲線比較分析

圖4中，背板力傳感器位于假人背部與座椅靠背之間，寬度不大，外面由相對較寬塑料板包裹。對于背板力Fy，其測量的是背板橫向受力情況，實際上測量的是假人與座椅靠背間橫向相對運動的摩擦力，反映著碰撞過程中假人碰撞側面與座椅碰撞側面的受力情況。

將試驗1和試驗2中的兩假人背板力曲線繪于圖5中。

圖5中，試驗1中背板力F1y全程為正值，表明全程以座椅靠背向非碰撞側傾斜為主；試驗2中背板力F2y曲線整個過程表現為先負后正再負，表明在碰撞初期，假人有向碰撞側傾斜過程，而后隨著碰撞的深入，以座椅靠背帶動假人向非碰撞側傾斜為主，碰撞后期假人快速回彈。綜合分析兩次試驗中背板力曲線，試驗1中反映出在碰撞力來自側前方的情況下，假人幾乎不發生向碰撞側傾斜晃動，而試驗2中有明顯發生。另外，借助高速攝像結果分析，高速攝像圖像進一步確認了該分析結果。

2.3 基于假人軀干上、中、下位置加速度曲線比較分析

在側面撞柱過程中，假人側面各部位傷害與假人側面上、中、下各部分運動和受力情況密不可分。假人側面T1（胸椎上端）、T12（胸椎下端）和骨盆3個位置的加速度反映著假人側面不同部位的受力情況。

將試驗1和試驗2中的兩假人T1、T12和骨盆3個位置y向加速度曲線繪于圖6中。

圖6中，試驗1中假人側面碰撞接觸時刻由下至上層次分明，碰撞強度差別明顯，最下端骨盆的加速度出現時刻最早，幅值最大；最上端T1加速度出現最晚，幅值最小。而試驗2中，假人側面碰撞接觸依然由下至上但差別較小，幅值差別不明顯。由兩次碰撞試驗比較可知，試驗2中各部位碰撞前期接觸強度略強于試驗1，但總體強度略低。

3 碰撞過程中假人側向受力分析

在側面撞柱試驗中，假人胸部和腹部是兩個主要的評價部位，該部位的傷害情況是不同碰撞形式下的關注重點。對于胸部，在受外力撞擊的情況下，其受力損傷主要反映在肋骨變形上，因此，胸部主要通過上、中、下3根肋骨（圖4）的變形量進行評價，取其中最大值進行評分。對于腹部，則通過位于腹部前、中、后3個位置的力傳感器測量值進行評價，取3個測量值之和進行評分。

3.1 基于肋骨變形量對比分析

將試驗1和試驗2中的兩假人肋骨變形量D曲線繪于圖7中。

圖7中，兩次試驗假人肋骨接觸時刻基本相同，曲線整體趨勢相近，但試驗1中假人肋骨的變形速度趨緩，幅值偏小。也就是說，相對試驗2而言，試驗1中內飾板y向侵入的速度偏慢，強度偏低。

3.2 腹部力對比分析

將試驗1和試驗2中的兩假人腹部受力曲線繪于圖8中。

圖8中，兩次試驗假人受力曲線在約38 ms之前基本相同，38 ms之后，試驗1中3條腹部力曲線發生突變，幅值瞬間上升為原來的2倍左右。在受力的強度次序上，試驗1為中間最強，前端最弱；試驗2為前端最強，后端最弱。換言之，試驗1的中、后方碰撞強度最強；試驗2的中、前方碰撞強度最強。

結合碰撞過程中假人腹部與門內飾板、側氣囊、座椅側翼間的關系進行分析，兩次試驗后腹部接觸情況如圖9和圖10所示。

兩圖中，側撞假人腹部正好對應門內飾板上凸出的扶手位置，碰撞過程中，門內飾板的侵入程度將對腹部力產生較大影響。試驗1中的座椅側翼翻轉較小，腹部接觸印跡基本都在側氣囊上；試驗2中的座椅側翼翻轉較多，腹部接觸印跡主要在座椅側翼上。

上述碰撞結果表明，FMVSS214標準下的側面撞柱試驗，相對E-NCAP標準下的側面撞柱試驗而言，其碰撞點靠前，座椅側翼緩沖作用減小，因此，對腹部位置的側氣囊剛度要求更高——氣囊在該位置更易發生觸底。試驗1中38 ms之后腹部力曲線的突變便為發生觸底結果。

4 討論

由試驗1和試驗2兩次碰撞試驗中假人背板力的反應和假人軀干上、中、下加速度的反應可知，與E-NCAP中側面撞柱試驗相比，FMVSS214側面撞柱試驗中，假人無向碰撞側傾斜現象，碰撞過程中的接觸為由下至上先后接觸，且接觸時刻略晚于E-NCAP中的側面撞柱試驗；兩次碰撞試驗中的胸部和腹部受力， FMVSS214側面撞柱試驗中假人胸部受力偏小、偏晚；假人腹部受力偏后、偏強。

綜合分析，在FMVSS214的側面撞柱試驗中，柱壁障對座椅側前方形成擠壓，將門內飾板向側后方推入。整個過程中，對假人形成擠壓側推，最終產生單方向背板力Fy，加速度時序上先下后上，在撞擊力和表現上，腹部受力偏強，胸部受力偏弱。

5 結論

通過對FMVSS214和E-NCAP中側撞柱試驗的比對研究，對于柱壁障，前者從車輛碰撞側偏前位置斜向侵入，后者從碰撞側垂直侵入，兩種碰撞試驗中柱壁障侵入方式的差異，最終將造成如下結果：FMVSS214側面撞柱試驗中，假人向碰撞側傾斜不明顯，隨門內飾板侵入，上半身受力時序依次為身體的上、中、下。該試驗下座椅側翼阻尼作用小，側面安全氣囊腹部位置易發生觸底；E-NCAP側面撞柱試驗中，假人上半身有明顯向碰撞側傾斜現象，在上半身受力方面，上、中、下位置接觸時間比較接近。對于腹部，座椅側翼能起到一定的保護作用。試驗結果表明，與當前實施的E-NCAP相比，在用ES2型假人進行碰撞時，FMVSS214試驗中假人胸部傷害相對偏小，腹部傷害相對偏大；在2015版E-NCAP側面撞柱試驗調整方案實施情況下，約束系統開發需要提高對腹部的保護作用。

References)

[1]European New Car Assessment Program：Pole Side Impact Testing Protocol (Version5.2， November 2011) [S/OL]. [2014-5-4]. http// www. euroncap.com.

[2]U.S. Department of Transportation，FMVSS NO.214，Dynamic Side Impact Protection-Rigid Pole Side Impact Test Requirements(TP-214P-01，September 2012) [S].USA Washington：SAE，2012.

[3]Euro-NCAP Rating Review Report from the Rating Group(January 2012) [S/OL]. [2014-4-30]. http// www.euroncap.com.

[4]USA Society of Automotive Engineers (USA SAE). SAE J211-1：Instrumentation for Impact Test-Part1-Electronic Instrumentation，REV.MAR95 [S].USA：SAE，2003.

[5]Humanetics Innovative Solutions，User's Manual for EuroSID-2 50th Percentile Side Impact Crash Test Dummy(January 2007) [S/OL]. [2014-5-11]. http://www. humaneticsatd.com.