基于人体损伤的低速气囊标定研究

崔东　祁志楠　鲁爽　胡帛涛

摘 要：文章应用整车碰撞有限元模型与THUMS人体模型，对该车低速碰进行了气囊匹配分析，分析了该车在25kmph、28kmph、30kmph、32kmph的低速碰撞情况的人体伤害情况，得出了该车在30kmph时，且气囊在35ms起爆时，人体伤害最小的结论。

关键词：人体损伤;低速碰;THUMS;气囊标定

中图分类号：U461.91  文献标识码：B  文章编号：1671-7988（2020）03-83-03

1 前言

随着汽车安全技术的不断进步，安全气囊目前被广泛的应用到了各类车型当中。在车辆前期设计开发过程中，需要对安全气囊进行起爆标定设计，确保在实际碰撞中安全气囊能够正常展开。

根据文献1中给出的了前部气囊标定的试验方法在速度为21～26kmph的100%正面刚性壁障碰撞时安全气囊需起爆[1]。

在前续研究中，得出了该车在23kmph碰撞当中，气囊点火起爆会比气囊不起爆造成车内乘员更为严重的伤害，因此该车在该碰撞速度下气囊不应起爆的结论[2]。

为了进一步对该车的低速碰的标定方法进行研究，本文分析了该车在25kmph、28kmph、30kmph、32kmph的低速碰撞时气囊是否起爆的人体伤害差异性，以及如果气囊起爆，最佳点火时间是多少，从而确定低速碰的气囊起爆策略。

2 仿真模型介绍

2.1 THUMS人体模型简介

随着汽车被动安全测试技术的不断进步，越来越精密的测试假人如THOR假人、WorldSID假人等应用到汽车碰撞测试当中，这些假人比原有假人更加精密，更接近于真实人体，但这些新型假人还是应用通过假人内部的加速度、位移等传感器测得相关信号，进而通过经验公式推算出伤害指标。这些假人的相关部件基本为刚性单元，不能够完全模拟人体在碰撞当中的动态响应;伤害值评价不够直观全面。

THUMS人体模型是在人体解剖学的基础上对人体内部组织结构进行模拟，完整的模拟了人体皮肤、骨骼、肌肉、与内脏等。能将碰撞时的人体的实际状况最大限度地再现出来，同时还能准确预测人体各个部位的伤害情况。

2.2 仿真模型搭建

本文继续沿用前续研究中的整车碰撞有限元模型及驾驶员约束系统模型，分别如图2、图3所示。其中整车有限元模型进行过50kmph正面刚性壁障试验对标，对标后的仿真与试验的加速度对比曲线如图4所示，仿真曲线与试验曲线吻合程度较高，能够指导下一步分析。

后期通过该对标后的整车有限元模型计算不同碰撞速度下的车辆加速度脉冲，代入到驾驶员约束系统模型中计算假人伤害值。

该车的乘员空间参数如表1所示，空间尺寸为标准B级车大小。

3 低速碰气囊匹配分析

前续研究中得出了该车在23kmph碰撞速度下安全气囊不应起爆，因此本文将碰撞速度设置为25kmph、28kmph、30kmph、32kmph，通过对比驾驶员头部和胸部的详细损伤，总结该车型合适的气囊标定策略。

首先分析了该车在以上碰撞速度下，气囊不起爆时假人的伤害情况，如表2所示。

驾驶员头部伤害主要分析了颅骨应力与颅脑应力，胸部伤害分析了肺部压力与心脏压力。通过表2中的数据可以得出，当气囊不起爆时随着碰撞速度的增大，驾驶员头部与胸部的伤害呈增大趋势。

当气囊起爆时，不同点火的点火时间对假人伤害的影响不同，为了研究假人伤害的最佳点火时间，根据文献1，将气囊的点火时刻分别设置为30ms、35ms、40ms、45ms。在同一气囊点爆时刻，各碰撞速度下驾驶员头部和胸部的伤害对比曲线如图5、图6所示。

从图5、图6中可以得出，在同一气囊点爆时刻，随着碰撞速度的增大，驾驶员头部与胸部的伤害基本呈增大趋势。

对比分析驾驶员头部、胸部伤害，在25kmph和28kmph的碰撞速度下，气囊在任何时刻起开对驾驶员的伤害均大于不起爆的工况;在30kmph碰撞速度下，气囊不起爆对驾驶员造成的伤害要大于起爆对驾驶员造成的伤害，且气囊在35ms时刻起爆对驾驶员造成的伤害最小;在32kmph碰撞速度下，气囊不起爆对驾驶员造成的傷害依然大于气囊起爆对其的伤害。

因此该车在30kmph正面碰撞过程中安全气囊应该起爆，且起爆时刻为35ms能够更好的对驾驶员进行保护。

4 结论

本文对某车进行了低速碰气囊匹配分析，分析了该车25kmph、28kmph、30kmph、32kmph、35kmph碰撞速度下的仿真分析，并将气囊的点火时刻分别设置为30ms、35ms、40ms、45ms、50ms，通过分析得到该车在30kmph碰撞速度下，气囊在35ms左右起爆对驾驶员的伤害最小，因此该车安全气囊合适的起爆速度为30kmph，气囊的最佳点火时刻在35ms。

因此在制定低速气囊标定矩阵时应根据具体车型进行具体匹配分析，而不是一成不变。

参考文献

[1] 唐波.安全气囊匹配试验与实际交通事故差异及相关探讨[J].技术与应用，2009，36（9）：23-25.

[2] 崔东，鲁爽等.基于THUMS人体模型的小重叠碰撞分析[J].汽车实用技术，2017，8：110-111.