对某车型两种侧面撞柱试验假人伤害研究

商恩义，侯福震，师玉涛，杨劲松

（长城汽车股份有限公司技术中心,河北省汽车工程技术研究中心, 河北，保定 071000）

在《联邦机动车辆安全标准：No.214侧面碰撞保护（FMVSS 214）》和《欧洲新车评价规程（E-NCAP）》（2013版）中，都规定有侧面撞柱试验，但两种试验条件有所不同[1-2]。FMVSS214侧面撞柱试验规定假人头部重心在侧面柱纵向中心平面上；试验车辆的纵向中心平面与侧面柱纵向中心平面夹角在75°±3°范围内，试验假人为SIDⅡs或ES-2re（图1）。当前E-NCAP侧面撞柱试验规定：假人头部重心在侧面柱纵向中心平面上；试验车辆的纵向中心平面与侧面柱纵向中心平面夹角在90°±3°范围内，试验假人为ES-2型。

另外，欧盟规划在2015年以后，在E-NCAP中规定的侧面撞柱试验形式向FMVSS 214靠拢，即碰撞形式将改为与美国标准一致，但假人考虑采用WorldSID假人[3]。

基于此，在某L车型开发过程中，按FMVSS214中侧面撞柱试验形式进行了试验1，按E-NCAP中侧面撞柱试验形式进行了试验2，对两种碰撞形式下的假人伤害情况进行了先期研究。为了便于对假人安全性进行对比评价，两次试验中，统一使用ES-2型假人。

1 两种侧面撞柱侵入角度差异影响

两种碰撞试验，由于车辆碰撞角度存在差异，且均要求假人头部重心在侧面柱纵向中心平面上，则车辆侧面与柱壁障的最初接触位置存在着一定的差异。就L型车而言，试验1比试验2碰撞位置靠前115 mm；相对试验2，试验1中柱壁障斜向侵入。

为了分析两种碰撞形式下车辆变形过程的差异，试验中，分别在中央通道中部位置采集了x向和y向加速度。两次试验，车辆与假人坐标均定义为前后为x向，向前为正；左右为y向，向右为正[4]。两次试验中中央通道中部加速度比较如图3所示。

图3中，两种碰撞形式下，主要变形方向y方向的表现基本一致，但x方向两种碰撞形式在30～60 ms间差异明显。两次试验中，x的幅值虽然差别不大，但方向相反，反映了车身在x向变形传力方向的差异及假人侧面受力来源方向的不同。

2 碰撞过程中假人侧向运动分析

侧面碰撞中，假人初始侧向宏观运动姿态将影响假人各部位与车内侧面碰撞时序差异；假人与车内饰碰撞后侧面微观运动姿态反映着假人侧向上、中、下不同部位的碰撞强度，因此，对不同碰撞形式下假人伤害的分析离不开对试验中假人侧向运动姿态的分析。

2.1 ES-2假人肋骨架结构

在侧面碰撞试验中，为了收集前排假人各部位在碰撞过程中的受力、变形等信息，在假人身上要布置大量的传感器，如头部、T1、肋骨、T12和骨盆几个位置的加速度a、肋骨变形量D、背板力Fy、腹部力F、耻骨力Fp等，ES-2型假人结构及主要传感器位置如图4所示[5]。

图4中，肋骨分上、中、下3根，测量结果可分别用角标u、m、w表示；腹部力分前、中、后3个测量位置，测量结果分别用角标f、m、r表示。

2.2 背板力曲线比较分析

图4中，背板力传感器位于假人背部与座椅靠背之间，宽度不大，外面由相对较宽塑料板包裹。对于背板力Fy，其测量的是背板横向受力情况，实际上测量的是假人与座椅靠背间横向相对运动的摩擦力，反映着碰撞过程中假人碰撞侧面与座椅碰撞侧面的受力情况。

将试验1和试验2中的两假人背板力曲线绘于图5中。

图5中，试验1中背板力F1y全程为正值，表明全程以座椅靠背向非碰撞侧倾斜为主；试验2中背板力F2y曲线整个过程表现为先负后正再负，表明在碰撞初期，假人有向碰撞侧倾斜过程，而后随着碰撞的深入，以座椅靠背带动假人向非碰撞侧倾斜为主，碰撞后期假人快速回弹。综合分析两次试验中背板力曲线，试验1中反映出在碰撞力来自侧前方的情况下，假人几乎不发生向碰撞侧倾斜晃动，而试验2中有明显发生。另外，借助高速摄像结果分析，高速摄像图像进一步确认了该分析结果。

2.3 基于假人躯干上、中、下位置加速度曲线比较分析

在侧面撞柱过程中，假人侧面各部位伤害与假人侧面上、中、下各部分运动和受力情况密不可分。假人侧面T1（胸椎上端）、T12（胸椎下端）和骨盆3个位置的加速度反映着假人侧面不同部位的受力情况。

将试验1和试验2中的两假人T1、T12和骨盆3个位置y向加速度曲线绘于图6中。

图6中，试验1中假人侧面碰撞接触时刻由下至上层次分明，碰撞强度差别明显，最下端骨盆的加速度出现时刻最早，幅值最大；最上端T1加速度出现最晚，幅值最小。而试验2中，假人侧面碰撞接触依然由下至上但差别较小，幅值差别不明显。由两次碰撞试验比较可知，试验2中各部位碰撞前期接触强度略强于试验1，但总体强度略低。

3 碰撞过程中假人侧向受力分析

在侧面撞柱试验中，假人胸部和腹部是两个主要的评价部位，该部位的伤害情况是不同碰撞形式下的关注重点。对于胸部，在受外力撞击的情况下，其受力损伤主要反映在肋骨变形上，因此，胸部主要通过上、中、下3根肋骨（图4）的变形量进行评价，取其中最大值进行评分。对于腹部，则通过位于腹部前、中、后3个位置的力传感器测量值进行评价，取3个测量值之和进行评分。

3.1 基于肋骨变形量对比分析

将试验1和试验2中的两假人肋骨变形量D曲线绘于图7中。

图7中，两次试验假人肋骨接触时刻基本相同，曲线整体趋势相近，但试验1中假人肋骨的变形速度趋缓，幅值偏小。也就是说，相对试验2而言，试验1中内饰板y向侵入的速度偏慢，强度偏低。

3.2 腹部力对比分析

将试验1和试验2中的两假人腹部受力曲线绘于图8中。

图8中，两次试验假人受力曲线在约38 ms之前基本相同，38 ms之后，试验1中3条腹部力曲线发生突变，幅值瞬间上升为原来的2倍左右。在受力的强度次序上，试验1为中间最强，前端最弱；试验2为前端最强，后端最弱。换言之，试验1的中、后方碰撞强度最强；试验2的中、前方碰撞强度最强。

结合碰撞过程中假人腹部与门内饰板、侧气囊、座椅侧翼间的关系进行分析，两次试验后腹部接触情况如图9和图10所示。

两图中，侧撞假人腹部正好对应门内饰板上凸出的扶手位置，碰撞过程中，门内饰板的侵入程度将对腹部力产生较大影响。试验1中的座椅侧翼翻转较小，腹部接触印迹基本都在侧气囊上；试验2中的座椅侧翼翻转较多，腹部接触印迹主要在座椅侧翼上。

上述碰撞结果表明，FMVSS214标准下的侧面撞柱试验，相对E-NCAP标准下的侧面撞柱试验而言，其碰撞点靠前，座椅侧翼缓冲作用减小，因此，对腹部位置的侧气囊刚度要求更高——气囊在该位置更易发生触底。试验1中38 ms之后腹部力曲线的突变便为发生触底结果。

4 讨论

由试验1和试验2两次碰撞试验中假人背板力的反应和假人躯干上、中、下加速度的反应可知，与E-NCAP中侧面撞柱试验相比，FMVSS214侧面撞柱试验中，假人无向碰撞侧倾斜现象，碰撞过程中的接触为由下至上先后接触，且接触时刻略晚于E-NCAP中的侧面撞柱试验；两次碰撞试验中的胸部和腹部受力， FMVSS214侧面撞柱试验中假人胸部受力偏小、偏晚；假人腹部受力偏后、偏强。

综合分析，在FMVSS214的侧面撞柱试验中，柱壁障对座椅侧前方形成挤压，将门内饰板向侧后方推入。整个过程中，对假人形成挤压侧推，最终产生单方向背板力Fy，加速度时序上先下后上，在撞击力和表现上，腹部受力偏强，胸部受力偏弱。

5 结论

通过对FMVSS214和E-NCAP中侧撞柱试验的比对研究，对于柱壁障，前者从车辆碰撞侧偏前位置斜向侵入，后者从碰撞侧垂直侵入，两种碰撞试验中柱壁障侵入方式的差异，最终将造成如下结果：FMVSS214侧面撞柱试验中，假人向碰撞侧倾斜不明显，随门内饰板侵入，上半身受力时序依次为身体的上、中、下。该试验下座椅侧翼阻尼作用小，侧面安全气囊腹部位置易发生触底；E-NCAP侧面撞柱试验中，假人上半身有明显向碰撞侧倾斜现象，在上半身受力方面，上、中、下位置接触时间比较接近。对于腹部，座椅侧翼能起到一定的保护作用。试验结果表明，与当前实施的E-NCAP相比，在用ES2型假人进行碰撞时，FMVSS214试验中假人胸部伤害相对偏小，腹部伤害相对偏大；在2015版E-NCAP侧面撞柱试验调整方案实施情况下，约束系统开发需要提高对腹部的保护作用。

References)

[1]European New Car Assessment Program：Pole Side Impact Testing Protocol (Version5.2， November 2011) [S/OL]. [2014-5-4]. http// www. euroncap.com.

[2]U.S. Department of Transportation，FMVSS NO.214，Dynamic Side Impact Protection-Rigid Pole Side Impact Test Requirements(TP-214P-01，September 2012) [S].USA Washington：SAE，2012.

[3]Euro-NCAP Rating Review Report from the Rating Group(January 2012) [S/OL]. [2014-4-30]. http// www.euroncap.com.

[4]USA Society of Automotive Engineers (USA SAE). SAE J211-1：Instrumentation for Impact Test-Part1-Electronic Instrumentation，REV.MAR95 [S].USA：SAE，2003.

[5]Humanetics Innovative Solutions，User's Manual for EuroSID-2 50th Percentile Side Impact Crash Test Dummy(January 2007) [S/OL]. [2014-5-11]. http://www. humaneticsatd.com.