基于AEMDB試驗的不同假人損傷性能研究

馬偉杰，崔健超，李向榮，李 睿

（1．中國汽車技術研究中心，天津300300；2．一汽豐田技術開發有限公司，天津300462）

1 引言

隨著中國汽車保有量的逐年增加，各種形式的交通事故量也隨之增大。據統計目前側面碰撞事故是僅次于正面碰撞事故的第二大交通事故類型，但是，由于側面碰撞過程中，車輛與約束系統的吸能空間相較正面碰撞小，所造成的人員傷亡數量要比正面碰撞事故的傷亡人數還要高[1]。另一方面，側面碰撞事故中，前排乘員佩戴安全帶與否對其傷情程度的影響不大。側面碰撞中車內駕乘人員一般受到較大的橫向加速度作用、而駕乘人員側面的生存空間較小，易與車門窗及側面內飾相碰造成人員傷害，在縱向上的位移并不大，故安全帶給予乘員的保護作用在側面碰撞中并不明顯[2]。因此，對側面碰撞形式的試驗研究方法就顯得極其重要。

汽車被動安全的逐步完善，車輛前段剛度的不斷改進，原有的側面碰撞壁障已經不能體現目前市場上車輛的前段剛度特性。歐洲相關機構通過研究發現，ECER 95法規中使用的MDB并不能完全代表當前歐洲車型的前部特性，也不能同時模擬前后排座椅上乘員的真實響應。EEVC WG13工作組于2001年著手新壁障的研究，并稱之為AE-MDB，并于2003年在18屆ESV國際會議上公布了第一次使用AE-MDB壁障的測試效果，2005年又公布了第二版AE-MDB V2的測試情況[3]。在V2版本的基礎上又進行一系列性能考核，包括法規認證試驗、高速平面墻碰撞試驗、柱碰撞試驗、邊緣加載剛性墻碰撞試驗、欄板加載剛性墻試驗、柔性墻碰撞試驗等，確定該壁障的最終性能AE-MDB V3．9[4-5]。中國汽車技術研究中心在此基礎上對國內汽車前段剛度特性進行了分析研究，結果表明，相對于EEVC2000的可變形壁障來說，AE-MDB V3．9新能壁障更符合國內車輛的前段平均剛度特性[6]。在2015版EURO NCAP中還引入了生物力學保真度更高的WorldSID50th代替之前版本中的ES2假人，進行損傷評價分析。

2 假人靜態對比

EEVC WG12工作組于2009年發布了WorldSID假人的相關報告，其中包括了側碰用假人的生物力學保真度的得分對比[7-9]。將假人的各個部位生物力學保真度進行打分，從（0～10）分，劃分5個等級。分別是：（0～2．6）分為不可接受，（2．6～4．4）分為較差，（4．4～6．5）分為一般，（6．5～8．6）分為良好，（8．6～10）分為優秀。WS50th 假人的各個部位的生物力學保真度均高于ES2假人，且頭部指標為優秀，肩部、胸及腹部都為良好級別，如表1所示。可見WorldSID假人能夠更為真實的反應側面碰撞事故中人體的損傷情況，能夠更好地對車輛的被動安全性能進行評估。目前，2015版C-NCAP側碰碰撞試驗所采用假人為ES2，15版EURO-NCAP所使用假人為WorldSID50th[10-11]。一下分析為兩種假人在相同碰撞條件下的響應差異。兩假人靜態坐姿對比：從整體上看WS50th上半身高度要比ES2假人矮一些，WS50th肩部對應ES2上肋骨位置、WS50th上肋骨對應ES2中肋骨位置、WS50th第二根肋骨對應ES2下肋骨位置，如圖1所示。

表1 不同側碰假人各部位生物力學保真度得分Tab.1 The Biomechanics Fidelity Scores ofDifferent Dummies

圖1 WS50th與ES2坐姿對比Fig.1 WS50th Sitting Contrast With the ES2

除了空間位置的區別，WS50th假人位移傳感器形式與ES2也有較大區別，ES2胸部位移傳感器為電位計式，測量由于車輛變形所導致的胸部Y向位移量，如圖2、圖3所示。而WS50th假人位移傳感器為IR-TRACC及角度傳感器，測量假人在受到側面沖擊時的肋骨在Y向的變形量D。這一變形量由兩個變量決定，即IRTRACC測量所得壓縮變形量DR和IR-TRACC本身繞Z軸的偏轉角度θ，傳感器未壓縮時長度L，Y向位移量，如式（1）所示。

圖2 ES2肋骨傳感器結構Fig.2 The Structure of ES2’s Rib Sensors

圖3 WS50th肋骨傳感器結構Fig.3 The Structure of WS50th’s Rib Sensors

式中：D—WS50th假人肋骨Y向壓縮量；L—IR-TRACC傳感器

未壓縮時長度；DR—IR-TRACC傳感器所測量的肋骨壓縮量；θ—IR-TRACC傳感器繞Z軸的偏轉角度θ。

3 側面碰撞試驗方法研究

C-NCAP與EURO NCAP碰面碰撞試驗模擬的是子彈車以50km/h的速度垂直撞擊目標車的側面，通過一系列的剛度計算和簡化，最終將子彈車定義為移動可變形壁障。ECE R95臺車數據來源于上個世紀90年代，已不符合當前車輛前端剛度及車身基本參數，均采用移動壁障整體質量為950kg，前端安裝的是EEVC-2000型蜂窩鋁。但是，隨著汽車工業的發展，與以往車型相比，車輛相關參數以及不同車型的構成比例都有很大變化。EEVC WG13工作組于2001年著手新壁障的研究，并稱之為AE-MDB，Euro-NCAP（2015版）正式應用 AE-MDB V3.9，該移動壁障總體質量為1300kg，采用Cellbond公司2001年與歐洲工作組合作開發新的AE-MDB可變形壁障，其寬度為1700mm，高度500mm，凈重25kg，共分為6個單元，每一單元分別規定了變形量與壓潰力的限值通道，以規范變形壁障的性能。兩種類型移動壁障，如圖4、圖5所示。為研究兩種假人在實車碰撞過程中的響應區別，共進行了兩個車型的兩次實車側面碰撞試驗進行比較分析，如下表2所示。該2次試驗所采用車型均為A級車，分別各進行兩次側面碰撞試驗，主要考察WS50th假人與ES2假人對比。

圖4 ECE R95移動壁障Fig.4 ECE R95 MDB

圖5 Euro NCAP（2015版）移動壁障Fig.5 Euro NCAP（Version 2015）MDB

表2 試驗參數設定Tab.2 Test Parameter Settings

4 碰撞試驗中假人的響應對比

T1和T2為相同車型，兩次試驗參數與上表2所示，除駕駛員位假人有區別外，其它試驗參數均一致。由于WS50th假人和ES2假人的整體結構和評價方法都不同，那么假人損傷的橫向對比也就沒有太大的意義。但是可以換個角度分析兩次試驗中假人損傷百分比P來分析兩種假人的動態響應差異，即假人響應值VR相對該部位高性能限制VH的百分比，計算公式，如式（2）所示。

式中：P—假人各部位損傷百分比；VR—假人各部位試驗時的響應值；VH—C-NCAP規程中各部位的高性能限值。

由于WS50th假人和ES2假人兩種假人結構有所區別，因此，假人的評價指標也有一定的區別，兩種假人各個部位評價指標，如表3所示。由下圖6對比試驗T1、T2結果可知，在試驗T1時，ES2假人頭部累計3ms損傷百分比最大，這可能是在碰撞過程中假人頭部與車輛內飾件接觸，造成加速度增大所導致；上肋骨損傷百分比最高為78.45%，下肋骨次之，中肋骨損傷百分比最小，這與車門的侵入速率和車門內飾件外形有關。腹部合力相較恥骨力損傷百分比更大，由于該部分所對應的車體較早與壁障接觸且侵入速率較高。試驗T2中，WS50th假人頭部指標損傷百分比不管是HIC值還是累計3ms都要低于ES2假人，這可能是由于WS50th假人坐姿較ES2假人低，WS50th假人未與車輛內飾件接觸，有累計3ms損傷百分比為31.04%能夠明顯說明這一點；胸部肋骨損傷百分比的橫向對比來說，ES2假人上肋骨損傷百分比最大為78.45%，WS50th假人同樣上肋骨損傷百分比最大為41.89%；腹部損傷百分比，WS50th假人假人為位移，ES2假人為合力，損傷百分比分別為43.3%和74.7%；骨盆損傷百分比，均為恥骨力，傳感器的安裝位置相近，WS50th假人損傷百分比要高于ES2假人，分別為57.94%和42.93%。WS50th假人與ES2假人相對，頭部、胸部和腹部指標的損傷百分比都要低一些，減少的損傷百分比分別為57.32%、36.56%和31.4%，而恥骨力對比來說，WS50th假人比ES2假人高了15.01%。

表3 兩種假人評價指標對比Tab.3 The Comparative of Two Dummies’Evaluatons

圖6 T1與T2假人損傷百分比對比Fig.6 T1and T2Contrast Percentage Dummy Injury

所要說明的是ES2假人與WS50th假人在實車中的乘坐狀態以及碰撞過程中假人的具體響應姿態，如圖7所示。有一點需要說明的是，使用ES2假人試驗時，座椅Z向調整位置為上下中間位置，使用WS50th假人時，座椅Z向調整為最下位置。在T1與T2試驗中座椅上下不可調，可以直接依據兩假人的對應關系進行比較。由ES2假人與WS50th假人坐姿各個部位的對應關系，我們不妨來比較小相對應位置的位移曲線，如圖8、圖9所示。從實際的位移量曲線來進行比較分析。從圖8、圖9可知，兩次試驗ES2假人與WS50th假人的肋骨響應時間歷程基本一致，圖8中ES2假人中肋骨位移量為9.87mm，WS50th假人上肋骨位移量要比ES2假人大，峰值為11.87mm。圖9所示的ES2假人下肋骨位移量為13.3mm，WS50th假人中肋骨位移量要比ES2假人小，峰值為10.26mm，由于兩假人胸部肋骨變形量高性能限值分別為22mm和28mm，因此，ES2假人的中肋骨與下肋骨損傷百分比要比WS50th假人上肋骨與中肋骨損傷百分比要高。ES2假人與WS50th假人骨盆相對于車輛內部空間的位置基本一致，但是由于兩假人骨盆構造與材質有區別，因此，所得曲線差異也十分明顯。ES2假人恥骨力分值為1.288kN，WS50th假人恥骨力峰值為0.987kN，如圖10所示。ES2恥骨力要高于WS50th假人，但是兩假人恥骨力高性能限值分別為3 kN和1.7 kN，因此，出現了雖然ES2假人恥骨力大于WS50th假人，但是恥骨力損傷百分比正好相反，即WS50th假人要大一些。

圖7 ES2與WS50th假人試驗響應對比Fig.7 The Comparison Between ES2 and WS50th Response

圖8 ES2中肋骨與WS50th上肋骨對比Fig.8 The Comparison Between ES2 Middle Rib and WS50th Upper Rib

圖9 ES2下肋骨與WS50th中肋骨對比Fig.9 The Comparison Between ES2 Lower Rib and WS50th Middle Rib

圖10 ES2與WS50th假人恥骨力對比Fig.10 The Comparison of Pubic Forces Between ES2 and WS50th

5 總結

在試驗室中雖然能夠針對于兩款假人進行一系列的標定試驗對比，但是進行滑臺或者實車碰撞試驗比較在實際試驗中兩種假人的響應區別。通過上述比較試驗得出如下結論：（1）提出了橫向比較兩種假人損傷的概念，及損傷百分比。這一定義能夠體現出假人某一部位距離高性能限值的區間大小。但是也存在不能體現出在出現扣分時，與高、低性能限值的比例關系；（2）通過損傷百分比對比結果可知，在相同載荷沖擊下，ES2假人相較WS50th假人在頭部、胸部、腹部方面表現更為惡劣，但骨盆損傷值ES2假人要比WS50th假人表現要好一些。

［1］姜田富.側面碰撞過程中汽車遠側氣囊防護效果的研究［D］.上海：上海工程技術大學，2015：13-15.（Jiang Tian-fu.The Protection Efficiency Study of Automobile Far Side Airbag in Side Impact Process［D］.Shanghai：Shanghai University of Engineering Science，2015：13-15.）

［2］Xu Xiao，Chen Jun-Yi，Wang Hong-Yan.Characteristic Analysis of Passenger Cars’Side Impact based on In-depth Accident Research in China［C］.The 24th International Technical Conference on the Enhanced Safety of Vehicles.Gothenburg：NHTSA，2015：Paper no.15-0016.

［3］Roberts，A.K，Van Ratingen，M.R.Progress on the development of the advanced european mobile deformable barrier face（AE-MDB）［C］.The 18th international technical conference on the enhanced safety of vehicles.Nagoya：NHTSA，2003：Paper no.126.

［4］Ellway，J.D，Van Ratingen，M.R，Versmissen，T.The advanced european mobile deformable barrier specification for use in euro NCAP side impact testing［C］.The 23th international technical conference on the enhanced safety of vehicles.Seoul，Korea：NHTSA，2013：Paper no.13-0069.

［5］Marie-Laure Roussaire，Richhard Zeitouni，Céline Adalian.Enhancement of side impact protection using an improved test procedure［C］.The 20th internationaltechnicalconferenceontheenhancedsafetyofvehicles.Lyon：NHTSA，2007：Paper no.07-0245.

［6］李向榮，馬偉杰，朱海濤.運用AE-MDB的新型側面碰撞試驗研究［C］.上海：2015年中國汽車工程學會年會論文集，2015：551-554.（Li Xiang-rong，Ma Wei-jie，Zhu Hai-tao.New Side Impact Test Research Using AEMDB［C］.shanghai：2015 SAE-China Congress Proceedings，2015：551-554.）

［7］Status of WorldSID 50th Percentile Male Side Impact Dummy，EEVC WG12 Report，2009.

［8］ISO/TR9790：Road Vehicles-Anthropomorphic side impact dummy lateral impactresponserequirementstoassessthebiofidelityofthe dummy，1999.

［9］Rhule Heather.Comparison of WorldSID and ES-2RE Biofidelity Using an Updated Biofidelity Ranking System［C］.The 21th international technical conference on the enhanced safety of vehicles.Stuttgart：NHTSA，2009：Paper no.09-0563.

［10］中國汽車技術研究中心.中國新車評價規程［EB/OL］.天津：中國汽車技術研究中心，2015.（China Automotive Technology and Research Center.China New Car Assessment Program［EB/OL］.Tianjin：China Automotive Technology and Research Center，2015.）

［11］European Association of New Car Safety Evaluation.European New Car Assessment Programme，Version 7.1.1［EB/OL］.