基于Euro NCAP 側(cè)面柱撞的遠(yuǎn)端乘員保護(hù)分析（續(xù)2）

杜亮 毛晨曦 黎志偉

（奇點(diǎn)汽車）

1.4 標(biāo)準(zhǔn)和限值

評估分為頭部、頸部、胸部和腹部以及骨盆和腰椎。對于2 種碰撞場景，如果超過了假人傷害極限，對應(yīng)試驗(yàn)的測試分?jǐn)?shù)為0 分。髖部和腰部的載荷作為修正項(xiàng)，超過限值-4 分修正，如表3 和表4 所示。

表3 假人傷害標(biāo)準(zhǔn)

表4 修正項(xiàng)目

1.5 乘員對乘員的保護(hù)

如果配備了乘員頭部保護(hù)的遠(yuǎn)端對策，則必須證明該策略能防止乘員與乘員（O2O）的相互碰撞，這一點(diǎn)可以在側(cè)柱碰或AE-MDB 碰撞（2023 年開始為側(cè)柱）的雙乘員碰撞試驗(yàn)得到確認(rèn)。

乘員對乘員的保護(hù)需要滿足以下要求，否則遠(yuǎn)端保護(hù)的總得分（最大4 分）將被扣1 分：

1）未超過頭部低性能指標(biāo)。

2）未發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)端乘員的頭部與近端乘員的任何部位發(fā)生直接接觸（自2023 年起）。

3）對一個(gè)不對稱的測量值，主機(jī)廠必須證明不論對哪一側(cè)的碰撞都能提供有效的保護(hù)。

4）必須在保護(hù)區(qū)域內(nèi)提供保護(hù)，保護(hù)范圍要求如圖4 所示。

圖4 頭部保護(hù)區(qū)域要求

2 基礎(chǔ)分析結(jié)果

文章選擇某車型的側(cè)面柱撞工況進(jìn)行遠(yuǎn)端分析，根據(jù)Euro NCAP 試驗(yàn)設(shè)置，搭建遠(yuǎn)端滑臺的仿真模型，如圖5 所示。安全帶預(yù)拉緊與整車碰撞狀態(tài)保持一致，未點(diǎn)火，無遠(yuǎn)端氣囊配置，頭部側(cè)向位移達(dá)到橙色區(qū)域。計(jì)算結(jié)果，如表5 所示，因?yàn)榧偃似戚^大，并假人胸腹部和中控臺擠壓造成假人傷害嚴(yán)重，側(cè)面柱撞滑臺工況得分僅為1 分（滿分12 分）。

圖5 遠(yuǎn)端模型

表5 柱撞遠(yuǎn)端滑臺基礎(chǔ)得分

3 影響因素分析

基于上面的配置，對影響參數(shù)進(jìn)行分析，調(diào)整安全帶、中控臺以及假人位置參數(shù)，具體分析矩陣如表6 所示。

表6 影響因素分析矩陣

3.1 頭部傷害

如圖6 為頭部位移響應(yīng)圖，從中可以看出：

圖6 頭部位移響應(yīng)

1）預(yù)拉緊可以降低頭部位移量26～42 mm。

2）中控臺的約束對于遠(yuǎn)端工況尤為重要[4]，這里無中控臺約束頭部位移增加200 mm 以上，達(dá)到極限區(qū)域，直接導(dǎo)致對應(yīng)工況的遠(yuǎn)端得分為0 分。

3）中控臺越高對應(yīng)的假人頭部位移越小，上面計(jì)算結(jié)果因?yàn)橹锌嘏_高度的變化，頭部位移差別44 mm。

4）假人H 點(diǎn)前移50 mm，假人頭部位移量減小40 mm，這是因?yàn)榧偃宋恢每壳袄诎踩珟Ъs束，從動畫上看安全帶從假人肩部滑落時(shí)間延遲。

頭部傷害響應(yīng)圖，如圖7 所示，從中可以看出：

圖7 頭部傷害響應(yīng)

1）由于側(cè)面柱撞波形較大，頭部傷害臨近限值。

2）安全帶預(yù)拉緊可以降低頭部傷害，特別是安全帶雙預(yù)緊可以明顯降低頭部傷害。

3）H 點(diǎn)前移頭部傷害略優(yōu)降低。

4）中控臺高度變化HIC15 略有增加。

3.2 頸部傷害

頸部傷害響應(yīng)如圖8 所示：

圖8 頸部傷害響應(yīng)

1）下頸部Mx 和上頸部My 傷害較大，臨近或超過傷害限值。

2）安全帶預(yù)拉緊頸部Fz 傷害略有降低，中控臺降低則頸部Fz 傷害有所增加。

3）安全帶預(yù)拉緊和假人H 點(diǎn)前移下頸部Mx 傷害增加。

4）安全帶預(yù)拉緊，特別是雙預(yù)緊以及假人H 點(diǎn)前移上頸部My 略有降低。

3.3 胸部傷害

胸部傷害響應(yīng)，如圖9 和圖10 所示。

圖9 胸部壓縮量響應(yīng)

圖10 腹部壓縮量響應(yīng)

4 遠(yuǎn)端氣囊設(shè)計(jì)

根據(jù)Euro NCAP 的評分要求和前面的分析，盡管安全帶預(yù)拉緊等可以改善部分假人傷害，但假人頭部偏移仍然位于橙色區(qū)，這就使得遠(yuǎn)端得分仍然較低，所以用于保護(hù)非碰撞側(cè)乘員的遠(yuǎn)端氣囊匹配顯得尤為重要。

遠(yuǎn)端氣囊設(shè)計(jì)需要考慮：在單假人滑臺試驗(yàn)中降低頭部位移，減小假人傷害；整車側(cè)面碰撞雙乘員試驗(yàn)中頭部傷害低于限值，并避免遠(yuǎn)端乘員的頭部與近端乘員的任何部位發(fā)生直接接觸（自2023 年起），同時(shí)滿足保護(hù)范圍的要求。文章僅針對側(cè)面柱撞遠(yuǎn)端滑臺工況進(jìn)行分析，暫未進(jìn)行整車碰撞乘員對乘員保護(hù)的評估。

4.1 設(shè)計(jì)方案

設(shè)計(jì)遠(yuǎn)端氣囊如圖11 所示，安裝于座椅靠近車內(nèi)側(cè)翼。由于本車型假人胸腹部和中控臺擠壓嚴(yán)重，所以遠(yuǎn)端氣囊設(shè)計(jì)成覆蓋胸腹部到頭部位置，遠(yuǎn)端氣囊內(nèi)部縫紉拉帶，用于控制體積并利于向上的展開，氣囊上部設(shè)計(jì)與座椅靠背連接的外部拉帶。氣囊靜態(tài)展開后滿足保護(hù)范圍的要求，如圖12 所示。

圖11 遠(yuǎn)端氣囊設(shè)計(jì)方案

圖12 遠(yuǎn)端氣囊靜態(tài)展開

4.2 保護(hù)效果分析

在原系統(tǒng)模型基礎(chǔ)上增加遠(yuǎn)端氣囊，由于氣袋上部設(shè)計(jì)拉帶與座椅骨架連接，氣囊始終保持在中間位置并覆蓋遠(yuǎn)端假人的頭部，假人運(yùn)動情況對比如圖13 所示。

匹配遠(yuǎn)端氣囊的得分情況如表7，因?yàn)闅饽业木彌_作用，單假人滑臺模型計(jì)算得到假人頭部偏移量減小130 mm 左右，頭部位移區(qū)域由橙色區(qū)優(yōu)化到黃色區(qū)。另外氣囊覆蓋假人胸部和腹部，避免假人胸腹部和中控臺的直接硬接觸，胸部得分明顯提升。通過匹配遠(yuǎn)端氣囊后，柱撞遠(yuǎn)端滑臺得分從1 分提升到11.46 分（滿分12 分）。

表7 得分對比

圖13 有無遠(yuǎn)端氣囊的假人運(yùn)動情況對比

4.3 點(diǎn)火策略

中間氣囊點(diǎn)火策略為僅點(diǎn)爆碰撞側(cè)中間氣囊，根據(jù)Euro NCAP 2020 版最新發(fā)布的結(jié)果大部分采用這種點(diǎn)火策略，但Toyota Yaris 試驗(yàn)結(jié)果，如圖14 所示，其遠(yuǎn)端氣囊ACU 點(diǎn)火策略設(shè)計(jì)為兩側(cè)的遠(yuǎn)端氣囊全部打開，兩側(cè)遠(yuǎn)端氣囊形成互相支撐作用，到達(dá)假人頭部的位置并形成有效的保護(hù)，這樣有利于整車碰撞雙假人試驗(yàn)的乘員對乘員保護(hù)的評估。但如果點(diǎn)火策略設(shè)計(jì)為雙側(cè)遠(yuǎn)端氣囊全部打開，因?yàn)檎归_空間的限制，在展開過程中可能會存在互相干涉的情況，類似問題需要結(jié)合折疊方式、展開時(shí)序等進(jìn)行改進(jìn)，并可在靜態(tài)點(diǎn)爆等試驗(yàn)中進(jìn)行驗(yàn)證。

圖14 Euro NCAP2020 版Toyota Yaris 試驗(yàn)遠(yuǎn)端氣囊

5 結(jié)論

基于Euro NCAP 要求，應(yīng)用仿真方法評估某車型的側(cè)面柱撞遠(yuǎn)端工況得分情況，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行參數(shù)影響分析以及開展遠(yuǎn)端氣囊的匹配研究，總結(jié)前面的分析：

1）預(yù)拉緊點(diǎn)火利于降低非碰撞側(cè)乘員的頭部偏移量以及頭部傷害，但可能會因?yàn)樾夭亢椭锌嘏_的接觸位置的差異造成胸部壓縮量的增加。

2）H 點(diǎn)位置前移利于安全帶約束從而降低假人頭部偏移量，具體需要結(jié)合其他碰撞工況以及人機(jī)等進(jìn)行判斷。

3）中控臺對限制遠(yuǎn)端假人位移比較有利，結(jié)合人機(jī)要求中控臺高度推薦對應(yīng)腹部上肋骨高度。另外帶中控臺車型因?yàn)闀c假人胸腹部以及骨盆擠壓，可能造成接觸位置的傷害較大。

4）遠(yuǎn)端氣囊可以有效降低頭部位移，提升遠(yuǎn)端的得分，文章設(shè)計(jì)一款遠(yuǎn)端氣囊覆蓋假人胸腹部到頭部，內(nèi)部縫紉拉帶，用于控制體積并利于向上的展開，氣囊上部設(shè)計(jì)與座椅靠背連接的外部拉帶。仿真結(jié)果表明可以有效減少假人頭部位移，降低假人傷害。需要說明的是氣囊包形的設(shè)計(jì)建議根據(jù)車型實(shí)際情況，比如有無中控臺等，進(jìn)行調(diào)整和匹配。

5）根據(jù)Euro NCAP 2020 版已經(jīng)發(fā)布的試驗(yàn)結(jié)果，遠(yuǎn)端點(diǎn)火策略大部分為僅點(diǎn)爆碰撞側(cè)中間氣囊，也有點(diǎn)火策略設(shè)計(jì)為兩側(cè)的遠(yuǎn)端氣囊全部打開，比如Toyota Yaris。點(diǎn)爆雙側(cè)氣囊，在整車碰撞過程中兩側(cè)氣囊互相支撐，利于雙假人試驗(yàn)的乘員對乘員保護(hù)效果的評估。如果采用這種點(diǎn)火策略，展開過程中存在互相干涉的可能，需要結(jié)合實(shí)際情況具體優(yōu)化。

文章分析僅針對側(cè)面柱撞的遠(yuǎn)端滑臺工況，下一步可結(jié)合AE-MDB 工況和整車雙乘員側(cè)面碰撞進(jìn)行遠(yuǎn)端的整體評估。