基于汽車碰撞相容性的乘員損傷研究

逯艷博　馬偉杰　何成

摘 要：針對國內以計算機仿真為主，本文采用全寬剛性壁障試驗、全寬可變形壁障試驗和移動式漸變性可變形壁障試驗對同一款車型開展了三次正面碰撞兼容性試驗。對比分析了車輛碰撞特性，采用假人損傷百分比對三個試驗前排假人的動態響應差異進行了詳細的分析。三次試驗，主要是假人胸部和小腿出現扣分，且對駕駛員的傷害更為嚴重。本文進行的正面碰撞兼容性試驗能為我國碰撞兼容性試驗法規的制定提供借鑒，同時為有限元仿真的驗證提供有效的數據支持。

關鍵詞：碰撞相容性;全寬剛性壁障;全寬可變形壁障;移動式漸變性可變形壁障

在被動安全方向，人們更多地是關注汽車本身的耐撞性以及對自身乘員的保護[1][2]，所以碰撞兼容性并沒有取得進展。直到20世紀90年代中期，汽車工業得到飛速發展，行駛在道路上的汽車多種多樣，交通事故引發的汽車碰撞的不兼容性顯得突出。此時，歐美各國才真正投入汽車碰撞兼容性的研究。1996年，美國國家公路交通安全署（NHTSA）才對汽車碰撞兼容性作出完整的定義[3]。自此以后，NHTSA啟動了對汽車碰撞兼容性的一系列的調查和研究[4]。與此同時，歐洲和日本等地區和國家也這突出問題進行了探索和研究[5-9]。

如何合理地評價汽車碰撞兼容性，一直是碰撞兼容性問題研究的熱點。近些年由多國研究機構組成的正面碰撞及兼容性評價研究中心（FIMCAR）正在進行兼容性評價法規的研究，旨在制定合理的評價法規[10]。本文采用實車碰撞的試驗方法，對同一款車型，開展全寬剛性壁障試驗、全寬可變形壁障試驗和移動式漸變性可變形壁障試驗，進行汽車正面碰撞兼容性評價的探索，對比分析三種試驗的優缺點。

1 測試方法

本文綜合考慮目前主流的正面碰撞兼容性測試方法，選取了全寬剛性壁障（Full-Width rigid Barrier， FWRB）試驗、全寬可變形壁障（Full-Width Deformable Barrier， FWDB）試驗和移動式漸變性可變形壁障（Moving Progressive Deformable Barrier， MPDB）試驗三種試驗方法對同一款車型進行汽車正面碰撞兼容性測試研究，車輛的試驗質量相同，試驗車輛的參數如表1。

2 假人損傷指標分析

考慮到假人不同部位損傷限值差異較大，且評價指標的物理量不盡相同，因此，分析三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值VH的百分比，計算公式如公式1所示。

（1）

三次試驗方案在試驗車輛駕駛員位置和第一排乘員位置分別放置了兩個HIII 50th男性假人，碰撞試驗過程中進行人體傷害分析。

FWRB、MPDB和FWDB駕駛員假人損傷分析如圖1所示，頭部HIC36和累計3ms加速度FWRB最小，其次是MPDB，FWDB造成的頭部損傷最為研究，而頸部伸張彎矩My的趨勢與頭部相反。其它評價部位指標除小腿外，差異較小。MPDB試驗所造成的脛骨指數幾乎是FWRB和FWDB的兩倍，脛骨軸向壓縮力趨勢與脛骨指數基本一致，只是對于本次試驗來說，MPDB所造成的脛骨指數損傷百分比高于脛骨軸向壓縮力。同時，FWRB的小腿損傷指標脛骨指數和軸向壓縮力損傷百分比均大于FWDB試驗。

頭部合成加速度如圖2，從圖中可以看出：FWRB試驗的假人最先響應，其次是MPDB試驗，最晚響應的是FWDB試驗。3ms累積加速度和HIC36均是FWDB最大，MPDB次之，FWRB最小。

三個試驗胸部壓縮量曲線如圖3，從圖中可以看出：FWRB試驗的假人最先響應，其次是MPDB試驗，最晚響應的是FWDB試驗。胸部壓縮量最大的是FWDB，其次FWRB，最小的是MPDB。

三次試驗駕駛員的右小腿傷害值均大于左小腿，三次試驗的相應曲線如圖4，MPDB的值比其他兩次試驗大數倍，對小腿的傷害大。

前排乘員假人各部位損傷百分比如圖5，對于前排乘員假人損傷來說，三次試驗條件所導致的乘員損傷差異性較小。整體來看，FWDB所造成的乘員損傷最大，從假人上身評價指標來看，FWRB試驗與MPDB試驗差異較小，同時，FWDB假人小腿脛骨軸向壓縮力損傷百分比遠高于FWRB和MPDB試驗結果。

三個試驗胸部壓縮量曲線如圖6，從圖中可以看出：FWRB試驗的假人最先響應，其次是MPDB試驗，最晚響應的是FWDB試驗。三次試驗胸部壓縮量曲線形狀有較大差異，但最大壓縮量數值較為相似，且都明顯大于駕駛員的數值。

分析三次試驗數據，發現：FWRB和FWDB試驗都是右腿TI值和Fz值較大，MPDB試驗則左腿TI值較大，右腿Fz較大。各曲線如圖7。三次試驗中FWDB試驗假人的Fz最大，而Mx和My都是MPDB的值最大。

3 結論

基于三次測試方法評價限值不同，本文采用傷害值百分比進行損傷對比。前排假人主要是胸部和小腿出現扣分。三次試驗的胸部損傷百分比都比較接近，但乘員胸壓值大于駕駛員的胸壓值，出現扣分。駕駛員下小腿損傷百分比MPDB最大，FWRB次之，FWDB最小。乘員下小腿損傷百分比相對駕駛員較小，其中，MPDB和FWDB損傷百分比較大，FWRB較小。

參考文獻：

[1]馬偉杰，殷鳳軒，朱海濤，李向榮.基于AEMDB的側面碰撞試驗參數研究[J].中國公路學報，2017，30（7）.

[2]馬偉杰，逯艷博，朱海濤.安全帶非正常佩戴位置對假人胸部壓縮變形量的影響[J]. 汽車安全與節能學報，2014，5（1）：65-69.

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[4]Clay Gabler，Steven Summers，Willian T Hollowell.NHTSAs vehicle compatibility research program.SAE1999-01-0071.

[5]Emad Sadeghipour， Erich Josef Wehrle，and Markus Lienkamp. An Approach for the Development and the Validation of Generic Simulation Models for Crash-Compatibility Investigations. SAE Int. J. Trans. Safety，2016，4（2）：219-228.

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[10]T. Adolph，H. Schwedhelm，I. Lazaro，et al. Development of compatibility assessments for fullwidth and offset frontal impact test procedures in FIMCAR. International Journal of Crashworthiness，2014，19（4）：414-430.