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基于常規(guī)約束系統(tǒng)的不同假人損傷研究

2020-03-21 14:57:42·  來源：碰撞與安全  
　
近年來，女性駕駛員數(shù)量激增，根據(jù)公安部數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國女性駕駛?cè)诉_(dá)到了1.23億人，占總駕駛?cè)?0.13%。然而，目前國內(nèi)車輛前排約束系統(tǒng)都是基于Hybrid Ⅲ 50th假
近年來，女性駕駛員數(shù)量激增，根據(jù)公安部數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國女性駕駛?cè)诉_(dá)到了1.23億人，占總駕駛?cè)?0.13%。然而，目前國內(nèi)車輛前排約束系統(tǒng)都是基于Hybrid Ⅲ 50th假人進(jìn)行設(shè)計(jì)的，其對5th假人和95th假人不一定能夠達(dá)到良好的保護(hù)效果。在美國FMVSS 208使用采用5th假人進(jìn)行碰撞試驗(yàn)，2021版CNCAP也將引入新的MPDB工況，在前排副駕側(cè)放置5th女性假人開展試驗(yàn)。
 
不管是基于真實(shí)乘員保護(hù)考慮，還是為了滿足法規(guī)和NCAP的要求，車企必須改善約束系統(tǒng)，以提高對不同身材乘員的保護(hù)效果。這引發(fā)我們的思考：現(xiàn)有約束系統(tǒng)能否實(shí)現(xiàn)對不同身材乘員的理想保護(hù)？如果不能，我們該如何改進(jìn)設(shè)計(jì)，以均衡對不同乘員的保護(hù)性能？
 
1、基礎(chǔ)參數(shù)分析
本文首先基于某款針對CNCAP開發(fā)車型的全正碰駕駛員約束系統(tǒng)模型，仿真評估現(xiàn)有約束系統(tǒng)參數(shù)下，Hybrid Ⅲ 5th/50th/95th假人頭頸胸部的損傷情況，如下表所示。
 
仿真結(jié)果顯示，當(dāng)前約束系統(tǒng)對50th假人的頭頸胸保護(hù)效果都較好；對于5th假人，胸部保護(hù)效果較差，胸部肋骨壓縮量偏高；對于H395假人，頭部保護(hù)效果較差，HIC超標(biāo)，失分嚴(yán)重。由此可見，基于H350假人匹配的約束系統(tǒng)參數(shù)，對5th和95th假人均不能實(shí)現(xiàn)理想保護(hù)。
 
2、約束系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化
 
針對CNCAP開發(fā)的約束系統(tǒng)對5th和95th假人保護(hù)效果不佳，但能否通過優(yōu)化約束系統(tǒng)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對不同假人的均衡保護(hù)呢？本文選取對頭頸胸傷害影響較大的氣囊體積、泄氣孔直徑、安全帶限力等參數(shù)開展DOE分析，以期實(shí)現(xiàn)不同假人的性能平衡。
 
2.1 95th假人分析
針對95th假人，由于其能量高，乘員向前位移大,基本的要求是頭部、胸部不與乘員艙內(nèi)的環(huán)境件發(fā)生二次碰撞，要求采用較高的安全帶限力, 較大的氣囊剛度以更好支撐頭、胸部。
1）氣囊體積45L
 
 
 
使用45L體積氣囊時(shí)，采用3.5kN限力、20mm泄氣孔時(shí)，由于前期約束不足，且后期氣囊剛度偏小，95th假人頭部觸底。增大限力或減小泄氣孔，均不再觸底；配合16mm泄氣孔，氣囊剛度偏大，對頭胸部傷害嚴(yán)重，HIC失分較多，胸壓偏高。
2）氣囊體積55L
 
 
 
使用55L體積氣囊時(shí)，采用16mm泄氣孔，95th假人頭部均不觸底，HIC失分。采用20mm泄氣孔，限力3.5/4.0kN時(shí)，假人頭部輕微觸底，但不會導(dǎo)致HIC進(jìn)一步增加；限力4.5kN時(shí)不觸底，且胸壓量較低。
采用較高的安全帶限力，較低的氣囊剛度（體積45L，泄氣孔20mm），95th假人的胸壓量仍處于一個(gè)較低的水平，且有助于降低HIC；而氣囊剛度增大時(shí)，頭胸部損傷均明顯上升。因此對于95th假人，可采用高限力安全帶，在保證不觸底的情況下盡量降低氣囊剛度。
 
2.2 50th假人分析
1）安全帶限力
 
每增加一個(gè)限力等級，50th假人胸壓量增幅約1mm，對HIC有輕微改善。
2）氣囊剛度
 
 
泄氣孔增大或氣囊體積增大，氣囊剛度減小，50th 假人HIC及胸壓量均明顯降低。
安全帶限力采用3500N，氣囊泄氣孔20mm、體積55L，50th假人傷害最優(yōu)。
2.3  5th假人分析
1）安全帶限力
 
增加限力等級，5th假人胸壓量增幅約4mm，影響效果明顯。
2）氣囊剛度
 
 
泄氣孔增大或氣囊體積增大，都可以減小氣囊剛度，5th假人HIC及胸壓量均明顯降低。安全帶限力采用3500N，氣囊泄氣孔20mm，體積55L，5th假人傷害最優(yōu)，但胸壓量仍處于較高水平。
對于5th假人，其質(zhì)量較小，應(yīng)采用較低限力水平的安全帶, 較小的氣囊剛度, 減輕乘員頭胸部損傷。
 
3、總結(jié)
基于常規(guī)約束系統(tǒng)配置，采用3500N限力安全帶，低氣囊剛度，對50th及95th假人均可實(shí)現(xiàn)較優(yōu)的保護(hù)效果，但會造成5th假人胸壓量偏高，僅能達(dá)到基本的保護(hù)效果。為了降低5th假人胸壓量，需進(jìn)一步降低安全帶限力，而又會導(dǎo)致50th和95th假人約束不足。
 
因此，基于常規(guī)約束系統(tǒng)，不能平衡不同身材乘員的保護(hù)性能。為了實(shí)現(xiàn)對不同身材乘員的均衡保護(hù)，需采用更高配置的約束系統(tǒng)，如多級限力安全帶、主動泄氣孔氣囊，根據(jù)碰撞強(qiáng)度、乘員身材、乘員姿態(tài)等自動調(diào)節(jié)約束系統(tǒng)參數(shù)。
 
文章：凌宏浩
編輯：李巖
廣汽研究院集成安全技術(shù)部 
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