18°角碰撞工况中不同体位假人损伤研究

武永强 丛艳军 郑玉玉

摘要：角度碰撞是一种发生率极高的道路交通事故类型，但目前汽车领域针对带有角度碰撞的标准很少，仅GB 11552-2009《乘用车内部凸出物》中涉及角度，也只是验证碰撞中假人头部是否与仪表板发生接触，并不考核假人其他部位及损伤。本文依托于内凸试验18°滑台碰撞工况平台，通过试验的方法，探究不同体位假人的损伤特性。结果显示：5th假人胸部损伤指标最大;50th假人右大腿力损伤值最大;95th假人的左大腿力损伤值最大。结果表明碰撞过程中，不同体位的假人均受到不同程度的损伤。试验结果为标准GB 11552-2009《乘用车内部凸出物》的修订提供了假人损伤数据支撑。

关键词：角度碰撞;滑台试验;不同体位;假人损伤

中图分类号：U467.5

文献标识码：A

0引言

真实的道路交通事故中，两车的碰撞方向通常会有一定的夹角。根据有关数据统计结果表明，带有角度的碰撞交通事故发生率占汽车正面碰撞的80%左右[1-2]。但目前汽车碰撞安全领域内针对有关角度碰撞的标准法规还不多。目前，国内外有关汽车正面碰撞标准中仅《乘用车内部凸出物》中提到角度碰撞[3]，但只验证碰撞过程中假人头部与仪表板是否发生接触。

兰州交通大学牛卫中等人通过有限元模型仿真手段研究了某SUV在小重叠正面斜角碰撞工况中车体耐撞性的影响因素[4];湖南大学曹立波、张萍和刘优宝等人主要是通过有限元模型仿真模拟了车与车发生斜角碰撞的情况，模拟结果验证了在斜角碰撞工况中，假人损伤不容忽视[5-8]。综上，现有的少量研究也主要是通过仿真的手段对《GB11552-2009乘用车内部凸出物》中的试验工况进行模拟，缺乏真实可靠的试验数据支撑。

本文依托于内凸试验18°滑台碰撞试验工况平台，分别以5th、50th和95th假人为研究对象，通过加速式滑台碰撞试验方法来进一步探究，不同体位假人在相同角度碰撞工况中的各部位损伤特性及其关联关系，这对于完善《GB 11552-2009乘用车内部凸出物》及降低交通事故中乘员伤亡率具有十分重要的现实意义。

1试验结果分析

本文试验以假人头部、胸部和腿部损伤指标来表征碰撞事故中，驾驶员的上半身和下肢的损伤情况。为了准确表征出不同体位假人的损伤特性及差异，以多次试验数据为基础进行统计分析，取其平均值。試验结果如图1和图2所示。

1.1头部损伤

头部3ms合成加速度是表征头部伤害程度的主要指标之一。图1表明3种假人头部3ms合成加速度最大值相差不大，分别为47.43g、49.69g和47.34g，表明假人头部受到损伤冲击程度基本一致。图中还显示3种假人头部开始出现加速度的时刻不同，5th假人出现加速度的时刻最早，95th假人最晚。由于5th假人相对最小，一般将座椅调至最前最上的位置，假人头部与方向盘间的距离比较近，因此在碰撞过程中其头部与气囊接触的时间要早于50th假人和95th假人。5th假人头部与气囊在48.9ms时发生接触，但此时气囊还未完全展开，随后在头部惯性力和气囊的反作用力共同作用下，头部加速度达到相对的平衡，直至气囊开始泄气。

1.2胸部损伤

胸部压缩量是评价乘员胸部损伤程度的重要参考指标。图1显示：5th假人最大，为50.25mm，50th假人最小为28.11mm。表明了在18°角度碰撞过程中，5th假人胸部受到损伤的风险更大。这是由于5th假人身材较小，在碰撞的初期，腰部安全带紧紧将乘员束缚在座椅上，限制了假人躯干的运动。但假人头部由于惯性，快速向前运动，造成胸部相对脊椎产生较大运动。

随着碰撞过程进行，较小的5th假人的胸部最早与方向盘发生二次接触，随后由于方向盘的挤压，造成胸部压缩量增加更为明显。而50th假人和95th假人胸部压缩量最大值基本相当，只是95th假人的胸部压缩量曲线比50th假人延迟。这是由于胸部受到阻碍产生较大的压缩变形，而95th假人较大，试验时位置相对靠后，胸部与方向盘间的距离较大，即发生较大压缩的时刻相对靠后。

1.3腿部损伤

由于在剧烈的碰撞过程中，腿部往往会和车内仪表板发生二次撞击。图2显示：95th假人的左大腿力伤害值大于5th假人和50th假人;50th假人的右大腿力伤害值大于5th假人和95th假人。这表明在18°碰撞工况中，95th假人的左大腿受到损伤的风险较大，而50th假人的右大腿受到损伤的风险较大。这是由于车身的纵向中心线与碰撞方向呈18°夹角，在碰撞过程中，假人向内饰的中间移动，由于95假人身体较重，惯性较大，且腿部运动空间有限，造成左腿膝部先与汽车内饰发生二次碰撞，产生较大的撞击力，消耗了大量的能量，大大缓冲了右腿的冲击。

2结束语

（1）5th假人胸部损伤指标高于50th假人和95th假人，表明事故中5th假人上半身受到损伤的风险更大。

（2）95th假人的左大腿损伤程度最大，50th假人右大腿损伤风险最大，表明事故中身材越大的乘员下肢发生损伤的风险更大。

（3）根据试验结果，建议GB 11552-2009《乘用车内部凸出物》试验测评中也应适度考量假人的胸部、腿部等损伤。

【参考文献】

[1] Ragland Carl L，Fessahaie Osvaldo，Elliott Daniel.Evaluation of frontal offsetlobliqe collision test conditions[C]/ International Technical Conference on the Enhanced Safety of Vehicles，Paper.2001（17-385）.

[2] SULLIVAN K，HENRY S，LAITURI T R.A Frontal Impact Taxonomy for USA Field Data[J].SAE International Journal of Passenger Cars Mechanical Systems，2009，1（1）：406-429.

[3]GB11552-2009乘用车内部凸出物[S].

[4]牛卫中，许鹏善，刘金鑫.小重叠正面斜角碰撞工况对车体耐撞性的影响[J]。汽车安全与节能学报，2017，8（1）：53-58.

[5]曹立波，张萍，颜凌波，等.在车对车碰撞条件下轿车斜角碰撞及小重叠碰撞的驾驶员损伤研究[J].汽车工程，2016，38（2）：174-180.

[6]张萍.车与车斜角碰撞的驾驶员损伤研究[D].长沙：湖南大学，2015.

[7]刘优宝.基于轿车的车与车斜角碰撞仿真及驾驶员损伤研究[D].长沙：湖南大学，2017.

[8]费敬，陈可明，乐中耀，等.约束系统匹配对车-车斜角碰撞中驾驶员损伤影响[J].汽车工程学报，2014，4（5）：335-341.

作者简介：

武永强，工程师，工学硕士，研究方向为汽车被动安全。