基于Euro NCAP 側面柱撞的遠端乘員保護分析（續2）

杜亮 毛晨曦 黎志偉

（奇點汽車）

1.4 標準和限值

評估分為頭部、頸部、胸部和腹部以及骨盆和腰椎。對于2 種碰撞場景，如果超過了假人傷害極限，對應試驗的測試分數為0 分。髖部和腰部的載荷作為修正項，超過限值-4 分修正，如表3 和表4 所示。

表3 假人傷害標準

表4 修正項目

1.5 乘員對乘員的保護

如果配備了乘員頭部保護的遠端對策，則必須證明該策略能防止乘員與乘員（O2O）的相互碰撞，這一點可以在側柱碰或AE-MDB 碰撞（2023 年開始為側柱）的雙乘員碰撞試驗得到確認。

乘員對乘員的保護需要滿足以下要求，否則遠端保護的總得分（最大4 分）將被扣1 分：

1）未超過頭部低性能指標。

2）未發現遠端乘員的頭部與近端乘員的任何部位發生直接接觸（自2023 年起）。

3）對一個不對稱的測量值，主機廠必須證明不論對哪一側的碰撞都能提供有效的保護。

4）必須在保護區域內提供保護，保護范圍要求如圖4 所示。

圖4 頭部保護區域要求

2 基礎分析結果

文章選擇某車型的側面柱撞工況進行遠端分析，根據Euro NCAP 試驗設置，搭建遠端滑臺的仿真模型，如圖5 所示。安全帶預拉緊與整車碰撞狀態保持一致，未點火，無遠端氣囊配置，頭部側向位移達到橙色區域。計算結果，如表5 所示，因為假人偏移較大，并假人胸腹部和中控臺擠壓造成假人傷害嚴重，側面柱撞滑臺工況得分僅為1 分（滿分12 分）。

圖5 遠端模型

表5 柱撞遠端滑臺基礎得分

3 影響因素分析

基于上面的配置，對影響參數進行分析，調整安全帶、中控臺以及假人位置參數，具體分析矩陣如表6 所示。

表6 影響因素分析矩陣

3.1 頭部傷害

如圖6 為頭部位移響應圖，從中可以看出：

圖6 頭部位移響應

1）預拉緊可以降低頭部位移量26～42 mm。

2）中控臺的約束對于遠端工況尤為重要[4]，這里無中控臺約束頭部位移增加200 mm 以上，達到極限區域，直接導致對應工況的遠端得分為0 分。

3）中控臺越高對應的假人頭部位移越小，上面計算結果因為中控臺高度的變化，頭部位移差別44 mm。

4）假人H 點前移50 mm，假人頭部位移量減小40 mm，這是因為假人位置靠前利于安全帶約束，從動畫上看安全帶從假人肩部滑落時間延遲。

頭部傷害響應圖，如圖7 所示，從中可以看出：

圖7 頭部傷害響應

1）由于側面柱撞波形較大，頭部傷害臨近限值。

2）安全帶預拉緊可以降低頭部傷害，特別是安全帶雙預緊可以明顯降低頭部傷害。

3）H 點前移頭部傷害略優降低。

4）中控臺高度變化HIC15 略有增加。

3.2 頸部傷害

頸部傷害響應如圖8 所示：

圖8 頸部傷害響應

1）下頸部Mx 和上頸部My 傷害較大，臨近或超過傷害限值。

2）安全帶預拉緊頸部Fz 傷害略有降低，中控臺降低則頸部Fz 傷害有所增加。

3）安全帶預拉緊和假人H 點前移下頸部Mx 傷害增加。

4）安全帶預拉緊，特別是雙預緊以及假人H 點前移上頸部My 略有降低。

3.3 胸部傷害

胸部傷害響應，如圖9 和圖10 所示。

圖9 胸部壓縮量響應

圖10 腹部壓縮量響應

4 遠端氣囊設計

根據Euro NCAP 的評分要求和前面的分析，盡管安全帶預拉緊等可以改善部分假人傷害，但假人頭部偏移仍然位于橙色區，這就使得遠端得分仍然較低，所以用于保護非碰撞側乘員的遠端氣囊匹配顯得尤為重要。

遠端氣囊設計需要考慮：在單假人滑臺試驗中降低頭部位移，減小假人傷害；整車側面碰撞雙乘員試驗中頭部傷害低于限值，并避免遠端乘員的頭部與近端乘員的任何部位發生直接接觸（自2023 年起），同時滿足保護范圍的要求。文章僅針對側面柱撞遠端滑臺工況進行分析，暫未進行整車碰撞乘員對乘員保護的評估。

4.1 設計方案

設計遠端氣囊如圖11 所示，安裝于座椅靠近車內側翼。由于本車型假人胸腹部和中控臺擠壓嚴重，所以遠端氣囊設計成覆蓋胸腹部到頭部位置，遠端氣囊內部縫紉拉帶，用于控制體積并利于向上的展開，氣囊上部設計與座椅靠背連接的外部拉帶。氣囊靜態展開后滿足保護范圍的要求，如圖12 所示。

圖11 遠端氣囊設計方案

圖12 遠端氣囊靜態展開

4.2 保護效果分析

在原系統模型基礎上增加遠端氣囊，由于氣袋上部設計拉帶與座椅骨架連接，氣囊始終保持在中間位置并覆蓋遠端假人的頭部，假人運動情況對比如圖13 所示。

匹配遠端氣囊的得分情況如表7，因為氣囊的緩沖作用，單假人滑臺模型計算得到假人頭部偏移量減小130 mm 左右，頭部位移區域由橙色區優化到黃色區。另外氣囊覆蓋假人胸部和腹部，避免假人胸腹部和中控臺的直接硬接觸，胸部得分明顯提升。通過匹配遠端氣囊后，柱撞遠端滑臺得分從1 分提升到11.46 分（滿分12 分）。

表7 得分對比

圖13 有無遠端氣囊的假人運動情況對比

4.3 點火策略

中間氣囊點火策略為僅點爆碰撞側中間氣囊，根據Euro NCAP 2020 版最新發布的結果大部分采用這種點火策略，但Toyota Yaris 試驗結果，如圖14 所示，其遠端氣囊ACU 點火策略設計為兩側的遠端氣囊全部打開，兩側遠端氣囊形成互相支撐作用，到達假人頭部的位置并形成有效的保護，這樣有利于整車碰撞雙假人試驗的乘員對乘員保護的評估。但如果點火策略設計為雙側遠端氣囊全部打開，因為展開空間的限制，在展開過程中可能會存在互相干涉的情況，類似問題需要結合折疊方式、展開時序等進行改進，并可在靜態點爆等試驗中進行驗證。

圖14 Euro NCAP2020 版Toyota Yaris 試驗遠端氣囊

5 結論

基于Euro NCAP 要求，應用仿真方法評估某車型的側面柱撞遠端工況得分情況，在此基礎上進行參數影響分析以及開展遠端氣囊的匹配研究，總結前面的分析：

1）預拉緊點火利于降低非碰撞側乘員的頭部偏移量以及頭部傷害，但可能會因為胸部和中控臺的接觸位置的差異造成胸部壓縮量的增加。

2）H 點位置前移利于安全帶約束從而降低假人頭部偏移量，具體需要結合其他碰撞工況以及人機等進行判斷。

3）中控臺對限制遠端假人位移比較有利，結合人機要求中控臺高度推薦對應腹部上肋骨高度。另外帶中控臺車型因為會與假人胸腹部以及骨盆擠壓，可能造成接觸位置的傷害較大。

4）遠端氣囊可以有效降低頭部位移，提升遠端的得分，文章設計一款遠端氣囊覆蓋假人胸腹部到頭部，內部縫紉拉帶，用于控制體積并利于向上的展開，氣囊上部設計與座椅靠背連接的外部拉帶。仿真結果表明可以有效減少假人頭部位移，降低假人傷害。需要說明的是氣囊包形的設計建議根據車型實際情況，比如有無中控臺等，進行調整和匹配。

5）根據Euro NCAP 2020 版已經發布的試驗結果，遠端點火策略大部分為僅點爆碰撞側中間氣囊，也有點火策略設計為兩側的遠端氣囊全部打開，比如Toyota Yaris。點爆雙側氣囊，在整車碰撞過程中兩側氣囊互相支撐，利于雙假人試驗的乘員對乘員保護效果的評估。如果采用這種點火策略，展開過程中存在互相干涉的可能，需要結合實際情況具體優化。

文章分析僅針對側面柱撞的遠端滑臺工況，下一步可結合AE-MDB 工況和整車雙乘員側面碰撞進行遠端的整體評估。