汽车侧面气囊对老年乘客的安全防护效率研究

李力婕　庄苗云　王立　洪建武　黄萍

摘要：本问介绍了我国汽车侧面安全气囊对老年乘客的安全防护效率的研究方法。利用仿真实验研究老年乘客在汽车侧面碰撞中头、颈、胸三个部位所受到的伤害，结合相应的国家法律法规中对于头、颈、胸三个部位损伤机理的评价指标。

关键词：老年乘客；侧面碰撞；安全气囊

1.研究老年乘客防护效率的必要性

通常来说，人进入老年后身体状况就开始下滑，对于外界伤害的承受能力也大如青年人。数据显示，50岁以上的人群中，1/3女性、1/5男性会受到骨质疏松的威胁，60岁以上的女性骨质疏松达到50%。在我国，70到80岁的人群的骨质疏松发病率几乎达到100%。因此，在车辆侧面碰撞事故中，老年乘员面临较高的伤亡风险，尤其是对于近碰撞侧位置的老年乘员而言。目前，越来越多的车辆通过配置侧面安全气囊来提高侧面碰撞中乘员的安全性，后排座椅位置侧面安全气囊的设计应兼顾老年乘员的安全防护。由此可见，研究侧面安全气囊对老年乘员的安全防护效率是时代发展的必然趋势。

本项目所做的汽车侧面安全气囊对老人的防护效率，主要分析碰撞中侧面安全气囊动态展开条件下对在位老年乘员的安全防护效率，特别是老年人在遭遇车祸安全气囊弹出后的一系列情况。

2.侧面安全气囊作用原理

汽车受到碰撞方.向有多种可能，除了常见的正面碰撞和后部碰撞，还有可能受到来至侧面的撞击。车上装备了侧安全气囊，主要保护乘员的上半身躯干和盆骨，避免因撞击给乘员带来的侧面损伤。侧面安全气囊集成在前部座椅的靠背中。被折叠的安全气囊和气体发生器安装在塑料壳体内，当侧面安全气囊被触发时，气体发生器中的气体舱被打开。这时气盒中具有高压的气体瞬时膨胀，从而使得安全气囊也膨胀。侧面安全气囊的气体容量约为12升，驾驶员和前座乘客安全气囊的充气体积分别为65升和120升。

3.汽车侧面碰撞中头、颈、胸的损伤机理

在汽车侧面碰撞中，人体的头部主要伤害形式有头皮挫伤、颅骨破裂、脑组织损伤。其损伤机理在于汽车受到侧面碰撞时，乘员由于惯性作用而与侧面车床或者其他部件相撞，从而导致上述伤害。

在汽车侧面碰撞中，人体的颈部主要伤害形式有软组织损伤、骨折和脊椎损伤。颈部运动形式主要是侧向弯曲和扭转运动。人们对其损伤机理并没有得到完全认识。一般认为在侧面碰撞过程中乘员颈部在头部惯性载荷作用下，肌肉和韧带拉伤；由于椎骨上压力过大而产生骨折。骨折后碎片进入脊椎腔而造成脊椎损伤。研究表明，颈部的柔韧性在一般载荷条件下能保证其免受伤害，但是当颈部两端都受到约束时，其柔韧性的极限很快会被超过，从而造成颈部损伤。由于侧面碰撞中，安全带对人的运动约束有限，头部很容易与车辆相碰，从而产生上述两端都受到约束的情况。

在汽车侧面碰撞中，人体的胸部主要伤害形式有软组织损伤、肋骨骨折、心脏和肺挫伤、血管破裂、心脏穿孔等。在侧碰过程中，人体胸部主要受到安全带的勒紧力以及车门等外物的钝性冲击力，加上人体自身的惯性力，从而造成胸部擦伤、挫伤和骨折。

当然仅仅知道人体在车祸中的损伤机理还是远远不够的。我们还需要一定的指标来评价损伤的程度。在本次课题中，我们着重研究头、颈、胸三个部位的受伤情况。对于头、颈两个部位，我們严格遵照GB20071-2006《汽车侧面碰撞的乘员保护》中规定来评定是否满足标准，如不满足则判定该安全气囊防护效率低。利用公式 来算出头部伤害指标，判断HIC值是否<=1000，若大于1000就不符合标准。利用公式：V（t）= 来计算颈部伤害指标，若所得VC值大于1.0m/s则不满足标准。由于在《汽车侧面碰撞的乘员保护》中没有给出评价颈部的伤害指标，我们则利用Aldman提出的颈部损伤机理中颈部损伤准则（NIC）来作为颈部受伤的评价标准。利用公式： 计算NIC值从而判断。

4.仿真模拟方法的确立

利用有限元软件的强大建模功能及其接口工具，可以很逼真地建立三维人体骨骼、肌肉、血管、口腔、中耳等器官组织的模型，并能够赋予其生物力学特性。在仿真实验中，对模型进行实验条件仿真，模拟拉伸、弯曲、扭转、抗疲劳等力学实验，可以求解在不同实验条件下任意部位的变形，应力、应变分布，内部能量变化及极限破坏情况。所以，将采用计算机软件建立汽车侧面碰撞仿真模拟。

此次计算机仿真模拟将利用HyperMesh、MADYMO和LS-DYNA软件。在HyperMesh软件中对导入的整车CATIA数模进行有限元模型的建立，最后生成K文件。MADYMO软件中有着全世界最好的机械假人的数学模型和欧洲人体模型项目最新开发的HUMO2的数学模型，气囊是由两块平行的圆平面来模拟的，气囊几何形状通过有限元模型来模拟。气囊的有限元模型是采用三节点的三角形膜单元来建立的，由2048个膜单元1027个节点构成。研究汽车碰撞过程中乘员的动力学响应，从而为交通事故中乘员损伤程度的判定及它们对乘员安全影响的研究提供科学依据。同时安全带仿真模型的建立也将在MADYMO中实现。也就是说HyperMesh负责整车模型和移动壁障的建立，MADYMO负责假人、安全气囊和安全带的建立。最后将整车模型和假人、安全气囊和安全带整合在一起，在LS-DYNA软件上进行碰撞，计算分析出我们所需要的数据，进行数据采集。

5.小结

所以，此次研究采用计算机软件建立仿真模型，并通过侧面碰撞仿真试验来进行评价。对侧面碰撞条件下，有、无侧面安全气囊展开时，安全带肩带有松弛、安全带肩带位于背后、安全带肩带位于胳膊下方和正确使用安全带的乘员的头、颈及胸部的动力学响应进行对比分析。最后，在仿真模拟中得出的头、颈、胸的受力数据与老年人头、颈、胸所能承受的最大力进行比对得出研究结果。

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