轎車側(cè)面柱碰撞乘員損傷機(jī)理仿真（續(xù)2）

盧靜 鄭顥 劉玉云 王玉超 歐陽俊

（廣州汽車集團(tuán)股份有限公司汽車工程研究院）

4 約束系統(tǒng)對乘員損傷的影響

4.1 安全帶對乘員損傷的影響

圖8示出側(cè)面柱碰撞中安全帶仿真分析模型。基于圖2，文章研究了安全帶對乘員損傷的影響，如圖9所示。從圖9 可以發(fā)現(xiàn)，在有安全帶的作用下，乘員損傷整體降低；對乘員胸部上肋骨影響最大，壓縮量從57 mm 降低到52 mm，降低幅度為8.8%。可以認(rèn)為安全帶對乘員損傷有一定影響，但影響較小。

圖8 側(cè)面柱碰撞中安全帶仿真分析模型

圖9 側(cè)面柱碰撞中安全帶對乘員損傷的影響對比

4.2 安全氣囊對乘員損傷的影響

基于圖8b，以“不觸底前提下剛度盡可能小”為基本原則，分析了安全氣囊剛度對乘員損傷的影響，分析結(jié)果，如圖10所示。從圖10 可以發(fā)現(xiàn)，剛度縮放80%后，乘員損傷整體降低明顯，其中對乘員腹部上肋骨影響最大，壓縮量從57 mm 降低到43 mm，降低幅度為24.6%；可以認(rèn)為安全氣囊對乘員損傷影響大。

圖10 側(cè)面柱碰撞中不同安全氣囊剛度下的乘員損傷對比

5 柱碰乘員損傷機(jī)理

根據(jù)車體結(jié)構(gòu)和約束系統(tǒng)對乘員損傷影響的評價(jià)結(jié)果，車體剛度及車體質(zhì)量對乘員損傷的影響較小，安全帶對乘員損傷的影響約為8.8%，安全氣囊對乘員損傷的影響約為24.6%。在影響因素中，安全氣囊是最主要的設(shè)計(jì)因素，安全帶可起到較小影響，車體質(zhì)量和車體剛度的影響較輕微，主要原因是在側(cè)向碰撞中，座椅和安全帶對乘員的約束作用較小，在碰撞發(fā)生時(shí)，乘員處于一個(gè)接近完全自由的狀態(tài)，直到乘員與展開的側(cè)面安全氣囊接觸，并受到側(cè)面安全氣囊的保護(hù)作用，同時(shí)在側(cè)面柱碰撞中，車門與剛性柱接觸的前10 ms 內(nèi)已完成變形，如圖4所示，所以側(cè)面安全氣囊完全展開時(shí)，一側(cè)受到乘員的擠壓，另一側(cè)與完成變形的車門直接接觸，在整個(gè)柱碰撞過程中，對乘員起到吸能作用的只有側(cè)面安全氣囊和門飾板。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要保證安全氣囊展開所需的初始空間，盡量提前側(cè)面安全氣囊的點(diǎn)爆時(shí)間。

6 雙腔側(cè)面氣囊的保護(hù)研究

根據(jù)4.2 節(jié)的分析結(jié)果，腹部損傷滿足US-NCAP中不扣分的要求，胸部損傷在上限值與下限值之間，處于中等偏下水平；胸部損傷仍然是重點(diǎn)失分項(xiàng)，與US-NCAP 數(shù)據(jù)庫中結(jié)果一致。為進(jìn)一步優(yōu)化乘員胸部損傷，文章提出了一種雙腔側(cè)面氣囊來滿足乘員胸腹部和髖部對側(cè)面氣囊不同的剛度需求，如圖11所示。圖12 示出側(cè)面柱碰撞中雙腔氣囊與單腔氣囊壓力對比。圖13 示出側(cè)面柱碰撞中單腔體與雙腔體氣囊下乘員損傷對比。

圖11 雙腔氣囊與單腔氣囊對比

圖12 側(cè)面柱碰撞中雙腔氣囊與單腔氣囊壓力對比

圖13 側(cè)面柱碰撞中單腔體與雙腔體氣囊下乘員損傷對比

從圖12 和圖13 中可以看出，相比于單腔氣囊，使用雙腔氣囊后，上腔體氣囊壓力在胸部肋骨位移峰值出現(xiàn)時(shí)刻（20～40 ms）明顯降低，對應(yīng)著胸部上、中肋骨壓縮量分別降低19.4%和24.3%；下腔體氣囊壓力在乘員髖部與氣囊接觸之后，一致高于單腔體氣囊，說明增加了對髖部的支撐約束，有利于腹部肋骨壓縮量的降低，腹部上、下肋骨壓縮量分別降低11.8%和23.5%；使用雙腔體氣囊后，胸部上、中、下肋骨位移量分別為29，28，30 mm，接近US_NCAP 中規(guī)定的上限值（27 mm）。

7 結(jié)論

1）歐洲EURO-NCAP、美國FMVSS214 和US-NCAP 分別提出了對側(cè)面柱碰撞工況的考察。與EURO-NCAP 法規(guī)相比，F(xiàn)MVSS214 和US-NCAP 法規(guī)考察工況更為惡劣；目前中國法規(guī)還沒有對側(cè)面柱碰撞工況展開考察，有必要提前開展側(cè)面柱碰撞保護(hù)機(jī)理研究。

2）在側(cè)面柱碰撞乘員保護(hù)中，車體剛度和車體質(zhì)量對乘員損傷影響??；安全帶對乘員損傷有一定影響；安全氣囊和側(cè)面門飾板對乘員損傷影響大。側(cè)面柱碰撞的乘員保護(hù)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)聯(lián)性小，更多的是與約束系統(tǒng)的設(shè)計(jì)相關(guān)。

3）側(cè)面柱碰撞的乘員保護(hù)主要依靠側(cè)面安全氣囊和門飾板，在進(jìn)行安全氣囊設(shè)計(jì)時(shí)，需要保證安全氣囊展開所需的初始空間，同時(shí)應(yīng)盡量提前側(cè)面安全氣囊的點(diǎn)爆時(shí)間。

4）在側(cè)面柱碰中采用雙腔氣囊可以更好地滿足乘員胸腹部及髖部對側(cè)面安全氣囊的不同剛度需求，讓乘員胸腹部損傷得到進(jìn)一步優(yōu)化，滿足US-NCAP 法規(guī)中乘員胸腹部位移接近不扣分的要求。