基于汽车碰撞相容性的乘员损伤研究

逯艳博　马伟杰　何成

摘 要：针对国内以计算机仿真为主，本文采用全宽刚性壁障试验、全宽可变形壁障试验和移动式渐变性可变形壁障试验对同一款车型开展了三次正面碰撞兼容性试验。对比分析了车辆碰撞特性，采用假人损伤百分比对三个试验前排假人的动态响应差异进行了详细的分析。三次试验，主要是假人胸部和小腿出现扣分，且对驾驶员的伤害更为严重。本文进行的正面碰撞兼容性试验能为我国碰撞兼容性试验法规的制定提供借鉴，同时为有限元仿真的验证提供有效的数据支持。

关键词：碰撞相容性;全宽刚性壁障;全宽可变形壁障;移动式渐变性可变形壁障

在被动安全方向，人们更多地是关注汽车本身的耐撞性以及对自身乘员的保护[1][2]，所以碰撞兼容性并没有取得进展。直到20世纪90年代中期，汽车工业得到飞速发展，行驶在道路上的汽车多种多样，交通事故引发的汽車碰撞的不兼容性显得突出。此时，欧美各国才真正投入汽车碰撞兼容性的研究。1996年，美国国家公路交通安全署（NHTSA）才对汽车碰撞兼容性作出完整的定义[3]。自此以后，NHTSA启动了对汽车碰撞兼容性的一系列的调查和研究[4]。与此同时，欧洲和日本等地区和国家也这突出问题进行了探索和研究[5-9]。

如何合理地评价汽车碰撞兼容性，一直是碰撞兼容性问题研究的热点。近些年由多国研究机构组成的正面碰撞及兼容性评价研究中心（FIMCAR）正在进行兼容性评价法规的研究，旨在制定合理的评价法规[10]。本文采用实车碰撞的试验方法，对同一款车型，开展全宽刚性壁障试验、全宽可变形壁障试验和移动式渐变性可变形壁障试验，进行汽车正面碰撞兼容性评价的探索，对比分析三种试验的优缺点。

1 测试方法

本文综合考虑目前主流的正面碰撞兼容性测试方法，选取了全宽刚性壁障（Full-Width rigid Barrier， FWRB）试验、全宽可变形壁障（Full-Width Deformable Barrier， FWDB）试验和移动式渐变性可变形壁障（Moving Progressive Deformable Barrier， MPDB）试验三种试验方法对同一款车型进行汽车正面碰撞兼容性测试研究，车辆的试验质量相同，试验车辆的参数如表1。

2 假人损伤指标分析

考虑到假人不同部位损伤限值差异较大，且评价指标的物理量不尽相同，因此，分析三次试验中假人损伤百分比P来分析两种假人的动态响应差异，即假人响应值VR相对该部位高性能限值VH的百分比，计算公式如公式1所示。

（1）

三次试验方案在试验车辆驾驶员位置和第一排乘员位置分别放置了两个HIII 50th男性假人，碰撞试验过程中进行人体伤害分析。

FWRB、MPDB和FWDB驾驶员假人损伤分析如图1所示，头部HIC36和累计3ms加速度FWRB最小，其次是MPDB，FWDB造成的头部损伤最为研究，而颈部伸张弯矩My的趋势与头部相反。其它评价部位指标除小腿外，差异较小。MPDB试验所造成的胫骨指数几乎是FWRB和FWDB的两倍，胫骨轴向压缩力趋势与胫骨指数基本一致，只是对于本次试验来说，MPDB所造成的胫骨指数损伤百分比高于胫骨轴向压缩力。同时，FWRB的小腿损伤指标胫骨指数和轴向压缩力损伤百分比均大于FWDB试验。

头部合成加速度如图2，从图中可以看出：FWRB试验的假人最先响应，其次是MPDB试验，最晚响应的是FWDB试验。3ms累积加速度和HIC36均是FWDB最大，MPDB次之，FWRB最小。

三个试验胸部压缩量曲线如图3，从图中可以看出：FWRB试验的假人最先响应，其次是MPDB试验，最晚响应的是FWDB试验。胸部压缩量最大的是FWDB，其次FWRB，最小的是MPDB。

三次试验驾驶员的右小腿伤害值均大于左小腿，三次试验的相应曲线如图4，MPDB的值比其他两次试验大数倍，对小腿的伤害大。

前排乘员假人各部位损伤百分比如图5，对于前排乘员假人损伤来说，三次试验条件所导致的乘员损伤差异性较小。整体来看，FWDB所造成的乘员损伤最大，从假人上身评价指标来看，FWRB试验与MPDB试验差异较小，同时，FWDB假人小腿胫骨轴向压缩力损伤百分比远高于FWRB和MPDB试验结果。

三个试验胸部压缩量曲线如图6，从图中可以看出：FWRB试验的假人最先响应，其次是MPDB试验，最晚响应的是FWDB试验。三次试验胸部压缩量曲线形状有较大差异，但最大压缩量数值较为相似，且都明显大于驾驶员的数值。

分析三次试验数据，发现：FWRB和FWDB试验都是右腿TI值和Fz值较大，MPDB试验则左腿TI值较大，右腿Fz较大。各曲线如图7。三次试验中FWDB试验假人的Fz最大，而Mx和My都是MPDB的值最大。

3 结论

基于三次测试方法评价限值不同，本文采用伤害值百分比进行损伤对比。前排假人主要是胸部和小腿出现扣分。三次试验的胸部损伤百分比都比较接近，但乘员胸压值大于驾驶员的胸压值，出现扣分。驾驶员下小腿损伤百分比MPDB最大，FWRB次之，FWDB最小。乘员下小腿损伤百分比相对驾驶员较小，其中，MPDB和FWDB损伤百分比较大，FWRB较小。

参考文献：

[1]马伟杰，殷凤轩，朱海涛，李向荣.基于AEMDB的侧面碰撞试验参数研究[J].中国公路学报，2017，30（7）.

[2]马伟杰，逯艳博，朱海涛.安全带非正常佩戴位置对假人胸部压缩变形量的影响[J]. 汽车安全与节能学报，2014，5（1）：65-69.

[3]Gabler，H.C. and Hollowell，W.T. The aggressivity of light trucks and vans in traffic crashes.SAE world congress，Paper No，980908，Detroit，1998.

[4]Clay Gabler，Steven Summers，Willian T Hollowell.NHTSAs vehicle compatibility research program.SAE1999-01-0071.

[5]Emad Sadeghipour， Erich Josef Wehrle，and Markus Lienkamp. An Approach for the Development and the Validation of Generic Simulation Models for Crash-Compatibility Investigations. SAE Int. J. Trans. Safety，2016，4（2）：219-228.

[6]Heiko Johannsen，Robert Thomson. Compatibility Assessment：can the current ADAC MPDB test properly assess compatibility？IRCOBI Conference 2016.

[7]Emad Sadeghipour，Morris Fischer，Fabian Duddeck. Critical Review of the Current Assessment Approaches for Frontal Crash Compatibility Regarding the Evaluation of Structural Interaction. https：//www.researchgate.net/publication/277714418.

[8]Mathias Stein，Darius Friedemann，Alexander Eisenach， et al. Parametric Modelling of Simplified Car Models for Assessment of Frontal Impact Compatibility. 8th European LS-DYNA Users Conference，Strasbourg， 2011.

[9]Koji Mizuno，Janusz Kajzer.Compatibility problems in frontal，side，single car collisions and car-to-pedestrian accidents in Japan. Journal of Accident Analysis and prevention，1999，31：381-391.

[10]T. Adolph，H. Schwedhelm，I. Lazaro，et al. Development of compatibility assessments for fullwidth and offset frontal impact test procedures in FIMCAR. International Journal of Crashworthiness，2014，19（4）：414-430.