轿车侧面柱碰撞乘员损伤机理仿真（续1）

卢静 郑颢 刘玉云 王玉超 欧阳俊

（广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院）

在英国、美国、中国等国家的各种汽车碰撞事故形态中，侧面柱碰撞是一种导致乘员重伤和死亡率较高的事故类型[1-2]。目前欧洲EURO-NCAP、美国FMVSS214、美国US-NCAP等法规均增加了对侧面柱碰撞事故碰撞形态的考察，中国法规还没有对该项法规进行考察。在中国已有大量文献[3-8]对侧面可变形移动壁障碰撞工况下的乘员保护展开了研究，同时在C-NCAP侧面可变形移动壁障碰撞工况的考察中，乘员得分率处于较高的水平；但对侧面柱碰撞工况中的乘员保护研究少。文章采用MADYMO仿真的方法，基于侧面柱碰撞模型，对乘员损伤机理及保护策略进行了研究。

1 侧面柱碰撞法规动态

欧洲的ECE系列强制性认证法规中没有侧面柱碰撞法规，EURO-NCAP中首次提出了侧面柱碰撞的要求，属于侧面碰撞的补充，加2分。能进行侧面柱碰撞测试的前提条件是：1）车型必须匹配侧面气囊和安全气帘；2）在侧面碰撞中头部伤害必须是满分。2009年EURO-NCAP对侧面碰撞和侧面柱碰撞的考察权重进行了调整，将侧面柱碰撞从加分项2分变为强制项8分，同时将侧面碰撞的16分降低到8分，两者的考察权重持平。图1示出侧面柱碰撞在各国法规中的试验形态。

图1 侧面柱碰撞在各国法规中的试验形态

如图1a所示，EURO-NCAP中柱碰撞考察形式为汽车以29 km/h的速度，90°撞击直径为254 mm的刚性柱，在汽车前排设置1个ES-2假人，撞击点为假人头部中心位置；在北美侧面柱碰撞中，考察法规有FMVSS214和US-NCAP，前者在汽车前排设置1个ES-2re或SID-Ⅱs假人，后者在汽车前排设置1个World SID50th假人，柱碰撞考察形式为汽车以32 km/h的速度，75°撞击直径为254 mm的刚性柱，如图1b和图1c所示。与EURO-NCAP法规相比，FMVSS214和US-NCAP法规考察工况更为恶劣，碰撞总能量增加21%，碰撞角度的变化使得撞击位置为车门中心偏后的位置，B柱在碰撞中发挥的作用降低。

2 侧面柱碰撞仿真模型及US-NCAP柱碰撞评价标准

文章采用多刚体的方法建立了侧面柱碰撞仿真模型，如图2所示。首先基于侧面柱碰撞整车有限元模型得到车门与刚性柱的接触特性，然后将该接触特性在MADYMO软件中赋予车门，模拟整车结构与刚性柱的接触特性，如图3所示。碰撞发生10 ms后，车门便被完全挤压并与刚性柱贴合在一起，如图4所示，而此时侧面安全气囊并未完全展开（假设侧面气囊8 ms点爆），所以侧气囊的接触主要是与变形完成后的车门接触。为了更好地在MADYMO软件中模拟气囊与变形后的车门的接触，在模型中根据变形后车门的位置建立了变形后的车门，如图5所示。

图2 侧面柱碰撞仿真模型

图3 侧面柱碰撞整车刚度特性

图4 侧面柱碰撞10 ms后的车门状态

图5 侧面柱碰撞多刚体仿真模型

文章仿真分析的基础碰撞工况为US-NCAP中的侧面柱碰撞工况，碰撞速度为32 km/h，碰撞角度为75°，测试假人为 World SID 50th。US-NCAP 2018 版本征求意见稿中，侧面柱碰撞的评价标准，如表1所示，主要考察头部、肩部、胸部、腹部、髋部5个部位，分别设置上限值和下限值；其中肩部力超过2 500 N，不得分，腹部位移超过47 mm，不得分。使用World SID50th假人后，不同级别车型胸部位移整体较高，超出推荐值。故文章的优化分析以胸部肋骨位移为基准，同时考察腹部位移。

表1 US-NCAP中侧面柱碰撞考察要求及部分车型考察结果统计

3 车体结构对乘员损伤的影响

3.1 车体刚度对乘员损伤的影响

基于图2，对整车侧面刚度分别缩放80%和120%进行对比分析，分析结果，如图6所示。从图6可以发现，胸部肋骨变形和腹部肋骨变形变化较小，车体刚度对乘员损伤影响小。

图6 侧面柱碰撞中不同车体刚度下的乘员损伤对比

3.2 车体质量对乘员损伤的影响

基于图2，将车体质量分别设置为1300，1400，1500，1 600 kg，进行对比分析，分析结果，如图7所示。从图7可以发现，胸部肋骨变形和腹部肋骨变形变化较小，车体质量对乘员损伤影响小。

图7 侧面柱碰撞中不同车体质量下的乘员损伤对比

（待续）