基于侧面可移动变形壁障碰撞与侧面柱碰撞的假人损伤对比研究

王友俊　刘灿灿　闫肃军

摘 要：为了研究侧面可移动变形壁障碰撞（AE-MDB）与侧面柱碰撞中假人损伤情况，本文选取同一纯电动A级轿车，分别进行AE-MDB与侧面柱碰撞试验，对驾驶员位置的WorldSid假人的损伤情况进行对比研究。结果表明，侧面柱碰撞中假人头部损伤更大;但AE-MDB中假人的胸部肋骨压缩量、腹部肋骨压缩量、耻骨合力更大。同时，相比于侧面柱碰试验，AE-MDB试验中假人损伤曲线更早达到峰值。

关键词：侧面可移动变形壁障碰撞 侧面柱碰撞 假人损伤

1 前言

随着人民生活水平的提高，汽车已经逐步成为日常生活中的主要代步工具。而随着汽车销量的增加，汽车安全也成为人们考虑的主要问题。受制于以前的技术和成本，很多汽车设计开发时并没有考虑到对乘员的保护，以至于早些年交通事故的死亡人数很高;随着现代技术的发展，人类的保护意识提高，各个国家对于汽车的法规越来越多且越来越严苛，推动了汽车生产商对汽车安全的关注度，而乘员损伤情况能直接反映出汽车的安全性能，所以在汽车开发过程中会进行多次碰撞试验来对乘员的损伤情况进行研究。

对AE-MDB以及侧面柱碰试验中假人损伤的研究很多。文献[1]对侧面碰撞中的乘员损伤以及防护措施进行了研究;文献[2]对侧面柱碰撞中的乘员损伤机理进行了仿真分析;文献[3]是对40%重叠可变形壁障碰撞和侧面碰撞试验进行了对比研究。

本文基于Euro-NCAP中的侧面碰撞试验和侧面柱碰撞试验，对同一A级电动汽车进行了两次试验，对驾驶员位置的WorldSid假人的损伤进行了对比研究。

2 试验方法

2.1 侧面可移动变形壁障碰撞（AE-MDB）

AE-MDB试验是Euro-NCAP试验中一种重要的碰撞形式，如下图1所示，它是模拟十字路口一辆车的车头撞向另一辆车的驾驶员一侧;试验台车重1400kg，蜂窝铝下边沿高度距离地面300mm，台车撞击试验车辆时的速度60km/h，台车蜂窝铝沿移动方向的中心线撞击车辆R点向车辆后方250mm，误差范围前后±25mm，上下±25mm;试验车辆驾驶员位置放置一个重75kg的WorldDID 50th男性假人，驾驶员后面放置一个重36kg的Q系列10岁儿童，乘员后面放置一个重23kg的Q系列6岁儿童。

2.2 侧面柱碰撞

侧面柱碰撞试验是Euro-NCAP试验中另一种重要的碰撞形式，如下图2所示，试验车辆驾驶员位置放置一个重75kg的WorldDID 50th男性假人，车辆放置在一个足够大的滑行地板上，由牵引系统牵引滑行地板带动车辆撞击直径254mm的刚性柱子，车辆的纵向与滑行地板的移动方向成75°夹角，碰撞时的速度达到32km/h，假人头部质心和车辆撞击一侧表面垂直平面的交叉线要与刚性柱表面的中心线重合，误差范围±25mm。

3 假人损伤评价指标

对WorldSid假人的评价指标主要包括头部、胸部肋骨压缩量、腹部肋骨压缩量、骨盆耻骨力。

3.1 头部

Euro-NCAP中指出头部性能限值HIC15指标范围是500-700，累积3ms合成加速度指标范围是72g-80g。

合成加速度值和HIC值通过下面公式计算：

   （1）

（2）

公式中，AR为头部质心合成加速度，AX、AY、AZ分别为头部质心三个方向的加速度;试验中t2-t1≤15ms，计算碰撞过程中HIC15的最大值并进行评价。3ms合成加速度为累积时间达到3ms的头部合成加速度的最大值。

3.2 胸部

Euro-NCAP中指出胸部肋骨压缩变形量指标范围是28mm-50mm。

胸部肋骨变形量通过下面公式（3）计算，

Dythorax=max（Dy（t）-Dy（0））        （3）

式中：

Dy（t）=R（t）*sin（φ（t））;

R（t）--胸部IR-TRACC滤波后长度;

φ（t）--胸部IR-TRACC滤波后转动角;

Dy（0）—0时刻胸部肋骨位移;

3.3 腹部

Euro-NCAP中指出腹部肋骨压缩变形量指标范围是47mm-65mm。

腹部肋骨变形量通过公式（4）计算， Dyabdomen=max（Dy（t）-Dy（0））          （4）

式中：

Dy（t）=R（t）*sin（φ（t））;

R（t）—腹部IR-TRACC滤波后长度;

φ（t）—腹部IR-TRACC滤波后转动角;

Dy（0）—0时刻腹部肋骨位移;

3.4 骨盆

耻骨力峰值指标范围是1.7kN-2.8kN。

数据采集设备可直接采集碰撞时的力数值，不需要通过公式计算。

4 假人损伤对比分析

选用同一种纯电动A级轿车分别做侧面可移动变形壁障碰撞试验和侧面柱碰撞试验，为了保证假人损伤数值的可靠性，驾驶员位置用同一个WorldSid 50th男性假人;试验后测得AE-MDB台车速度60.2km/h，侧柱碰撞试验速度32.1km/h，数据采集设备采集到假人各部位数值如下：

4.1 头部

两种试验中头部合成加速度如下圖3所示：

从图中可以看出，AE-MDB试验碰撞发生后52ms，假人头部合成加速度达到最大值43.86g;侧柱碰撞发生后51.8ms，假人头部合成加速度达到最大值50.16g。

将采集到的数据代入到HIC公式中，我们可以计算得到，AE-MDB碰撞试验的假人头部HIC15值是143，累积3ms合成加速度值是42.56g;侧柱碰撞试验的假人头部HIC15值是223，累积3ms合成加速度值是48.58g。

侧面柱碰撞试验中，柱子比较高，撞击范围可以覆盖到假人的头部;AE-MDB试验中，台车蜂窝铝撞击范围达不到假人头部。所以，假人头部在侧柱试验中受到的伤害值比较大，但是这两次试验的假人伤害值都没有超过标准范围，头部都获得满分。

4.2 胸部

4.2.1 胸部第一根肋骨

两种试验中胸部第一根肋骨的压缩变形量如下图4所示：

从图中可以看出，AE-MDB试验碰撞发生后45.6ms，胸部第一根肋骨达到变形量最大值31.40mm;侧柱试验碰撞发生后50.5ms，胸部第一根肋骨达到变形量最大值29.69mm。

4.2.2 胸部第二根肋骨

两种试验中胸部第二根肋骨的压缩变形量如下图5所示：

从图中可以看出，AE-MDB试验碰撞发生后45.3ms，胸部第二根肋骨达到变形量最大值29.51mm;侧柱试验碰撞发生后50.3ms，胸部第二根肋骨达到变形量最大值25.12mm。

4.2.3 胸部第三根肋骨

两种试验中胸部第三根肋骨的压缩变形量如下图6所示：

从图中可以看出，AE-MDB试验碰撞发生后46.1ms，胸部第三根肋骨达到变形量最大值32.43mm;侧柱试验碰撞发生后49.7ms，胸部第三根肋骨达到变形量最大值25.15mm。

通过上边对胸部三根肋骨的压缩量进行分析，可以得出：侧面柱碰撞试验中，假人胸部第一根肋骨压缩量超过Euro-NCAP中规定的最低限值，有少量扣分，第二、三根肋骨都是满分;AE-MDB试验中，假人三根肋骨压缩量均超过Euro-NCAP中规定的最低限值，均有相应的扣分。

4.3 腹部

4.3.1 腹部第一根肋骨

两种试验中腹部第一根肋骨的压缩变形量如下图7所示：

从图中可以看出，AE-MDB试验碰撞发生后48.2ms，腹部第一根肋骨达到变形量最大值42.99mm;侧柱试验碰撞发生后48.6ms，腹部第一根肋骨达到变形量最大值41.63mm。

4.3.2 腹部第二根肋骨

两种试验中腹部第二根肋骨的压缩变形量如下图8所示：

从图中可以看出，AE-MDB试验碰撞发生后46.1ms，腹部第二根肋骨达到变形量最大值41.91mm;侧柱试验碰撞发生后48.1ms，腹部第二根肋骨达到变形量最大值39.41mm。

两次试验中腹部肋骨压缩量均小于Euro-NCAP中规定的最低限值，该部位满分。

4.4 骨盆

两种试验中骨盆耻骨力如下图9所示：

如上图所示，AE-MDB试验碰撞发生后42.8ms，耻骨力达到最大值1.45kN;侧柱试验碰撞发生后48.2ms，耻骨力达到最大值0.89kN。

两次试验中骨盆耻骨力均小于Euro-NCAP中规定的最低限值，该部位满分。

5 结论

通过对上述两种试验中WorldSid假人的损伤进行对比分析，我们可以得出以下结论：

1.侧面柱碰撞试验中，头部HIC15和累积3ms合成加速度值比AE-MDB试验要大。

2.AE-MDB試验中，胸部三根肋骨伤害值相比于侧面柱碰撞试验要大。

3.AE-MDB试验中，腹部两根肋骨伤害值相比于侧面柱碰撞试验要大。

4.AE-MDB试验中，骨盆的耻骨力伤害值相比于侧面柱碰撞试验大。

5.相比于侧面柱碰试验，AE-MDB试验中假人损伤曲线更早达到峰值。

参考文献：

[1]杨煌. 乘用车侧面碰撞乘员损伤及防护措施研究[D].长沙理工大学，2017.

[2]卢静，郑颢，刘玉云，王玉超，欧阳俊.轿车侧面柱碰撞乘员损伤机理仿真（续2）[J].汽车工程师，2019（02）：25-27.

[3]王琦，罗素云，徐冲.40%重叠可变形壁障碰撞和侧面碰撞试验探究[J].农业装备与车辆工程，2020，58（07）：80-83.