某车型WorldSID假人的胸部伤害优化

栗国，方取玉，李根

（1.中国汽车技术研究中心，天津 300300；2. 奇瑞汽车股份有限公司，安徽 芜湖 241009）

某车型WorldSID假人的胸部伤害优化

栗国1，方取玉2，李根1

（1.中国汽车技术研究中心，天津 300300；2. 奇瑞汽车股份有限公司，安徽 芜湖 241009）

WorldSID假人由于其较高的仿真度，被越来越多的NCAP机构选用，代替以往的ES-2侧碰假人。我国2018版C-NCAP也确定使用WorldSID假人进行侧碰试验。WorldSID假人与ES-2假人在外形、构造、传感器以及动力学响应等方面均存在显著差异，因此基于两种假人的伤害值优化方法也会存在一定的差异。本文以某车型为研究目标，建立仿真模型，对 WorldSID假人胸部伤害的优化方法进行研究。结果表明：提前点火时间对假人胸部伤害值的影响较小，加强门槛及B柱材料强度、调整侧气囊气孔大小以及控制扶手凸出量是有效的伤害值优化方法。

WorldSID；胸部伤害；仿真；优化

前言

近年来，侧面碰撞事故在全球的交通事故中所占比例逐年升高，对于侧面碰撞的研究及假人伤害优化已经成为重点研究问题。同时，世界各国均推出了一系列评价体系，来表征车型安全性能，且评价方法日益严苛。在侧面碰撞评价试验中，大多数国家选择ES-2假人进行碰撞试验，但其生物仿真度较低，因此迫切需要一种高生物仿真度的新型假人。

在国际标准化组织的倡导下，新型的侧面碰撞假人WorldSID假人应运而生，与传统的ES-2假人，其仿真高较高，且更接近真实的人体[1]。WorldSID假人得到了各国汽车安全检测机构的认可，Euro NCAP早在2015年就确定使用WorldSID假人来进行侧面碰撞试验，代替原来的ES-2假人。我国C-NCAP管理中心目前也已经确定，在未来的2018版C-NCAP评价中，使用WorldSID假人来进行侧面碰撞试验，逐步与国际接轨[2]。

WorldSID假人与ES-2假人在外形区别较大，如图1所示。另外，二者在构造、传感器及动力学响应方面均有较大差异，因此国内外学者对WorldSID假人的特性以及其与ES-2假人的区别进行了大量研究。刘玉云等用静态冲击的方法对两种假人进行了研究，WorldSID假人整体上的刚度比 ES-2低，当承受相同y向冲击时，WorldSID假人受力更低，加速度更低，肋骨位移更大[3]。李丽等通过Madymo仿真研究发现两种假人在各部位的响应曲线表现出不同的趋势与峰值，主要原因是由于 WorldSID假人的肩部运动影响了假人整体的运动过程[4]。刘喜龙等通过仿真计算对两种假人进行了对比分析，发现二者在各部位伤害值趋势上也呈现出不同的响应[5]。

图1 WorldSID（蓝色）和ES-2（红色）外形对比图

尽管很多学者对两种侧碰假人进行了对比研究，但是对于 WorldSID假人的伤害值优化方法研究较少。本文主要对WorldSID假人的胸部伤害值优化方法进行探索和研究，为新车型的乘员保护开发提供参考意见。

1 分析方法

本文以某车型为研究对象，通过Ls-Dyna软件建立侧面碰撞仿真模型，按照2018版C-NCAP法规加载侧碰大壁障，计算出整车侧面加速度以及入侵量。以该计算结果作为输入条件，将侧面车门、B柱、门槛、内饰、侧气囊、侧气帘等零部件提取出来作为乘员空间，调用 WorldSID假人，建立侧面碰撞假人模型，如果2所示。

通过计算，得出假人胸部伤害曲线，即上、中、下肋骨位移量，如图3所示。在2018版C-NCAP大壁障撞击下，WorldSID假人胸部伤害严重，肋骨位移超过扣分限值，其中上肋为31.6mm，中肋为34.1mm，下肋为31.9mm。而对假人胸部伤害影响较大的因素有：车身核心结构件强度，侧气囊参数，以及扶手凸出量等，本文主要针对以上影响因素进行优化，寻找有效的 WorldSID假人胸部优化方法，为今后的车型侧面安全性能开发提供参考。

图2 WorldSID侧面碰撞仿真模型

图3 WorldSID侧面碰撞仿真模型

2 车身结构优化

2018版 C-NCAP侧碰试验中将使用侧面大壁障来进行侧碰测试，其质量比以往C-NCAP侧碰试验中使用的侧碰壁障重，因此在相同侧面结构下，大壁障撞击后的车身加速度以及车门入侵量会有所增加。

加强B柱内外板以及门槛内外板材料后发现，车身加速度及入侵量均得到优化，相应的假人胸部伤害也明显降低。上肋、中肋及下肋骨位移量均降低6mm左右，如表1所示。

核心结构件加强的方法包括材料型号加强或材料厚度加厚，可根据成本等因素进行选择。在车身结构CAE设计过程中，推荐B柱最大入侵量不高于130mm，B柱最大入侵速度不高于7.5m/s；门槛最大入侵量不高于40mm。满足该条件的基础上，进行侧气囊参数优化，假人胸部扣分的风险较低。

表1 核心结构件优化结果

3 侧气囊参数优化

由于WorldSID假人的胸部轮廓比ES-2假人更宽，因此在碰撞过程中，接触也会较ES-2假人更早，因此若提前气囊点火时间，提前气囊和假人的接触时间，让气囊更早发挥缓冲作用，可能会对胸部伤害值起到一定降低作用。在仿真模型中，以加强核心结构件的模型为基础，将侧气囊的点火时间由10ms降低到7ms，计算结果如表2中所示。结果表明，点火时间提前，对假人伤害值影响很小，仅有0.1~0.2mm的优化，因此可以判断，侧气囊的软硬程度对假人胸部位移的影响更大。为了验证方案有效性，同时计算了8ms以及9ms时刻点火的方案，变化趋势与7ms基本一致。

通过观察模型动画发现，假人胸部位移峰值时刻，气囊仍然有一定厚度，并无穿透现象，因此可以判断气囊偏硬，对假人胸部产生了作用力。通过模型中将气孔由17mm增大至20mm后，计算结果如表2中所示。结果表明：气孔优化可以有效降低假人胸部位移，上、中、下肋骨均有 9mm左右的降低，优化效果显著。通过动画观察，侧气囊并未出现穿透现象，表明气囊缓冲作用较好。

表2 侧气囊参数优化结果

4 扶手凸出量优化

根据以上方案计算结果发现，所有方案的计算值中，中肋位移量总是大于上肋及下肋位移量。从仿真模型中可以看到，车门的扶手位置与假人中肋及下肋骨平齐，且经过测量，该车型的扶手凸出量为 70mm。在碰撞过程中，扶手会挤压到假人的中肋及下肋，因此导致中肋和下肋位移量比上肋位移量高。

表3 扶手凸出量优化结果

在核心结构件及气孔均优化后的基础上，将扶手凸出量从70mm降低至50mm，结果发现，假人中肋及下肋的位移量均有明显降低，如表3所示。因此，在初期CAS校核过程中，要对车门内饰凸出量进行严格控制，避免造成假人胸部伤害偏大。

5 结论

本文以某车型为研究目标，建立仿真模型，对WorldSID假人胸部伤害的优化方法进行研究。结果表明：

（1）加强门槛及 B柱等核心结构材料是控制假人伤害值的前提，由于大壁障质量比之前的壁障高，且新版侧碰台车位置也较老版高，在核心结构材料不变的情况下，车身加速度以及车门入侵量必然会增加。因此，需要加强侧面车身核心结构件。

（2）提前点火时间对假人胸部伤害值的影响较小，基于WorldSID假人的气囊点火时间可以延用基于ES-2假人的气囊点火时间。

（3）在气囊发生器与整车匹配的前提下，调节气囊气孔尺寸依然是最有效的降低假人伤害值的方法。

（4）控制扶手凸出量也可以降低假人胸部伤害，尤其对于与扶手位置重叠的肋骨位移量。

[1] 刘磊,朱海涛,李充,等. WorldSID 50 百分位男性假人研究 [J]. 天津科技,2014,41（8）：50-54.

[2] C-NCAP评价规则（2018版）[S].

[3] 刘玉云,岳鹏,郑颢,等. 基于静态冲击的WorldSID与ES-2假人特性对比研究[J]. 汽车工程学报,2016,6（6）：460-465.

[4] 李丽,朱西产,马志雄,等. 基于Madymo的WorldSID和 ES2假人性能比较[J].佳木斯大学学报,2013,31（6）：822-828.

[5] 刘喜龙,董丽萍,朱西产,等. 2015年Euro NCAP侧碰规程变化的影响研究. 第十一届国际汽车交通安全论坛论文集：[C].重庆：2014.435-443.

Chest Injury Optimization of WorldSID Dummy for a Car Model

Li Guo1, Fang Quyu2, Li Gen1
（1. China Automotive Technology & Research Center, TianJin 300300; 2. Chery Automobile Co., Ltd., Anhui wuhu 241009）

Due tothe high simulation degree, WorldSID dummy has been chosen by more and more NCAP organizations to replace the ES-2 dummy. The 2018 edition of C-NCAP also determinedto use WorldSID dummy for side impact tests.There are significant differences in shape, structure, sensor and dynamic response between WorldSID dummy and ES-2 dummy, so the injury optimization methodbased on there two dummies would also be different. A car was chosen as the research object in this paper, and the optimization method of WorldSID dummy chest injury was studied by simulation.The results showed that the effect of ignition time on the chest injury wassmall, and the effective method was strengthening the threshold and the B pillar material, adjusting the size of the side airbag hole and controlling the amount of handrails protruding.

WorldSID; chest injury; simulation; optimization

CLC NO.: U467.1+4 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)12-154-03

U467.1+4 文献标识码：A 文章编号：1671-7988 (2017)12-154-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.12.051

栗国，硕士研究生，工程师，就职于中国汽车技术研究中心，主要从事汽车被动安全方面的研究。