正面离位乘员试验中采样时长对假人伤害值的影响分析

刘晖 杨俊玮 杨佳宙 张桂明

摘要：为了分析离位乘员正面碰撞试验中采样时长对假人伤害值的影响，本文以驾驶员位置的HIII-5F假人为研究对象，对假人三个主要部位（头、颈、胸）的伤害值进行统计分析，研究了两种采样时长125ms与200ms下假人各主要部位的伤害情况。結果表明：不同采样时长对假人头部伤害以及胸部伤害指标未产生影响，在不同采样时长中，气囊的展开状态以及假人在不同时刻身体各部位运动趋势的差异，均会对颈部伤害指标产生影响。

关键词：正面离位乘员试验;HIII-5F;采样时长;伤害指标

0  引言

随着人们安全意识的不断提升，汽车安全越来越受到社会的重视。安全气囊是降低乘员伤害的重要装置，对降低乘员伤亡起着不可替代的作用[1]，但是当身材矮小的女性与儿童位于前排并处于非正常乘坐姿态（即离位乘员）时，安全气囊会提前与乘员接触，造成致命损伤[2]。美国颁布并多次修订联邦机动车安全法规FMVSS 208，该法规详细介绍了第五百分位女性假人DAB低风险展开与儿童假人PAB低风险展开试验方法，以降低气囊对离位乘员的伤害，其中针对第五百分位女性假人规定的数据采样时长为125ms[3];2019年5月，我国颁布了《GB_T 37437—2019正面安全气囊离位乘员保护技术要求》（后文简称国标），该标准规定了前排正面安全气囊离位乘员保护的试验方法和技术要求，进一步完善了国内乘员保护标准，该标准规定数据的采样时长为200ms[4]。

国内许多相关学者对OOP（out of position）工况下假人的伤害情况进行了深入的研究，并取得了一定的研究成果[5-7]。然而，目前针对OOP正面碰撞对假人的伤害研究大多采用CAE分析的方法，并且关于采样时长对OOP正面碰撞试验中假人伤害值影响的研究相对较少。本文在大量OOP正面碰撞试验的基础上，对假人头部，胸部和颈部的伤害值进行统计分析，并结合试验时的高速摄像视频，分析了气囊展开过程各个阶段对假人不同部位的冲击作用以及假人离开气囊后不同部位之间的相互作用，研究了采用两种采样时长125ms与200ms对三个部位伤害值的影响。

1  数据分析

1.1 假人头部与胸部损伤指标分析

依照FMVSS 208法规与国标相关试验要求进行17次离位乘员正面碰撞试验，试验假人选用位于驾驶员位置的HIII-5F假人，其中包括两种姿态，分别为：下巴在气囊模块上，头与颈靠近气囊模块（driver Position 1），下巴在方向盘边缘上，颈与胸靠近气囊模块（driver Position 2），两种姿态如图1所示。后文两种姿态分别用A和B表示，其中头部伤害指标考察HIC15，颈部伤害指标考察Nij、颈部轴向力、弯曲/伸展力矩和扭矩，胸部伤害指标考察胸部3ms合成加速度、胸部压缩量以及胸部压缩速率三项指标。各伤害评估参考值如表1所示。

为了研究采样时长对假人伤害值的影响，本文引入新的指标，即200ms相对125ms采样时长条件下的伤害指标改变率，将其作为对比两种采样时长对伤害值影响的指标，200ms相对125ms采样时长条件下头部和胸部伤害指标的改变率如表2所示。

由表2可知，在两种姿态下分别采用200ms与125ms采样时长获得的假人头部与胸部损伤指标数值相等，即说明采样时长对头部与胸部伤害指标未产生影响。

1.2 假人颈部伤害指标分析

颈部伤害指标主要考察颈部载荷极限综合指标Nij，颈部轴向载荷，剪切载荷，弯矩以及扭矩，200ms相对125ms采样时长条件下17组试验颈部伤害指标改变率如表3所示。

分析表3可知，采样时长未对两种姿态中颈部轴向拉伸载荷（Neck-AxialFzT）指标产生影响;采样时长对两种坐姿下其余六种颈部伤害指标均有影响;119个伤害指标中出现增长的数据占比为21%，其中轴向拉伸载荷、弯曲与伸展弯矩的增长数据占比最多。颈部载荷极限综合指标Nij的计算公式如下式所示，两种采样时长条件下17组试验Nij的改变率如表4所示。

由表4可知，采样时长对压缩-伸展（NCF）、压缩-弯曲（NCE）指标产生影响，其中，在坐姿A姿态下，采样时长对NCE有显著影响;采样时长对对拉伸-伸展（NTF）、拉伸-弯曲（NTE）指标无影响。

2  结论

本文统计分析了17次OOP正面碰撞试验中采样时长对假人头部、胸部和颈部伤害值的影响，针对颈部的伤害差异总结了三种试验类型，并选取三个典型试验进行了详细的分析，结论如下：

①采样时长对假人头部与胸部的伤害值未产生影响;

②不同采样时长、不同姿态中颈部轴向拉伸载荷指标未产生影响;对两种坐姿下轴向拉伸载荷、弯曲、伸展弯矩产生影响;对Nij压缩-伸展、压缩-弯曲指标产生影响;其中坐姿头与颈靠近气囊模块时压缩-弯曲指标有显著影响;采样时长对对拉伸-伸展、拉伸-弯曲指标无影响。

根据上述结论，不同采样时长会对OOP正面碰撞试验中假人的伤害值产生影响。采用国标GB_T 37437—2019规定的200ms采样时长获得的假人伤害值更能真实反映目前中国市场气囊对假人的伤害程度。

参考文献：

[1]缪建洲.汽车乘员约束系统及其新发展[J].电子机械工程，2012，28（3）：7-11.

[2]张学荣，周进宝，黄硕，等.3岁离位儿童损伤机理研究[J]. 汽车技术，2016（10）：48-52.

[3]FMVSS 208， FEDERAL MOTOR VEHICLE SAFETY STANDARDS[S].

[4]GB/T 37437-2019，正面安全气囊 离位乘员保护技术要求[S].

[5]陆善彬，刘立勇，张君媛，等.安全气囊仿真技术在乘员离位模拟中的应用研究[J].合肥工业大学学报（自然科学版），2009， 32（12）：1793-1795.

[6]孙小光，商恩义，师玉涛，等.基于正面离位乘员保护的安全气囊优化[J].汽车技术，2014（11）：54-56.

[7]杜亮，张绍卫，朱西产.正面100%RB碰撞中假人颈部My伤害分析[J].上海汽车，2011（4）：54-59.