基于AEMDB试验的不同假人损伤性能研究

马伟杰，崔健超，李向荣，李 睿

（1．中国汽车技术研究中心，天津300300；2．一汽丰田技术开发有限公司，天津300462）

1 引言

随着中国汽车保有量的逐年增加，各种形式的交通事故量也随之增大。据统计目前侧面碰撞事故是仅次于正面碰撞事故的第二大交通事故类型，但是，由于侧面碰撞过程中，车辆与约束系统的吸能空间相较正面碰撞小，所造成的人员伤亡数量要比正面碰撞事故的伤亡人数还要高[1]。另一方面，侧面碰撞事故中，前排乘员佩戴安全带与否对其伤情程度的影响不大。侧面碰撞中车内驾乘人员一般受到较大的横向加速度作用、而驾乘人员侧面的生存空间较小，易与车门窗及侧面内饰相碰造成人员伤害，在纵向上的位移并不大，故安全带给予乘员的保护作用在侧面碰撞中并不明显[2]。因此，对侧面碰撞形式的试验研究方法就显得极其重要。

汽车被动安全的逐步完善，车辆前段刚度的不断改进，原有的侧面碰撞壁障已经不能体现目前市场上车辆的前段刚度特性。欧洲相关机构通过研究发现，ECER 95法规中使用的MDB并不能完全代表当前欧洲车型的前部特性，也不能同时模拟前后排座椅上乘员的真实响应。EEVC WG13工作组于2001年着手新壁障的研究，并称之为AE-MDB，并于2003年在18届ESV国际会议上公布了第一次使用AE-MDB壁障的测试效果，2005年又公布了第二版AE-MDB V2的测试情况[3]。在V2版本的基础上又进行一系列性能考核，包括法规认证试验、高速平面墙碰撞试验、柱碰撞试验、边缘加载刚性墙碰撞试验、栏板加载刚性墙试验、柔性墙碰撞试验等，确定该壁障的最终性能AE-MDB V3．9[4-5]。中国汽车技术研究中心在此基础上对国内汽车前段刚度特性进行了分析研究，结果表明，相对于EEVC2000的可变形壁障来说，AE-MDB V3．9新能壁障更符合国内车辆的前段平均刚度特性[6]。在2015版EURO NCAP中还引入了生物力学保真度更高的WorldSID50th代替之前版本中的ES2假人，进行损伤评价分析。

2 假人静态对比

EEVC WG12工作组于2009年发布了WorldSID假人的相关报告，其中包括了侧碰用假人的生物力学保真度的得分对比[7-9]。将假人的各个部位生物力学保真度进行打分，从（0～10）分，划分5个等级。分别是：（0～2．6）分为不可接受，（2．6～4．4）分为较差，（4．4～6．5）分为一般，（6．5～8．6）分为良好，（8．6～10）分为优秀。WS50th 假人的各个部位的生物力学保真度均高于ES2假人，且头部指标为优秀，肩部、胸及腹部都为良好级别，如表1所示。可见WorldSID假人能够更为真实的反应侧面碰撞事故中人体的损伤情况，能够更好地对车辆的被动安全性能进行评估。目前，2015版C-NCAP侧碰碰撞试验所采用假人为ES2，15版EURO-NCAP所使用假人为WorldSID50th[10-11]。一下分析为两种假人在相同碰撞条件下的响应差异。两假人静态坐姿对比：从整体上看WS50th上半身高度要比ES2假人矮一些，WS50th肩部对应ES2上肋骨位置、WS50th上肋骨对应ES2中肋骨位置、WS50th第二根肋骨对应ES2下肋骨位置，如图1所示。

表1 不同侧碰假人各部位生物力学保真度得分Tab.1 The Biomechanics Fidelity Scores ofDifferent Dummies

图1 WS50th与ES2坐姿对比Fig.1 WS50th Sitting Contrast With the ES2

除了空间位置的区别，WS50th假人位移传感器形式与ES2也有较大区别，ES2胸部位移传感器为电位计式，测量由于车辆变形所导致的胸部Y向位移量，如图2、图3所示。而WS50th假人位移传感器为IR-TRACC及角度传感器，测量假人在受到侧面冲击时的肋骨在Y向的变形量D。这一变形量由两个变量决定，即IRTRACC测量所得压缩变形量DR和IR-TRACC本身绕Z轴的偏转角度θ，传感器未压缩时长度L，Y向位移量，如式（1）所示。

图2 ES2肋骨传感器结构Fig.2 The Structure of ES2’s Rib Sensors

图3 WS50th肋骨传感器结构Fig.3 The Structure of WS50th’s Rib Sensors

式中：D—WS50th假人肋骨Y向压缩量；L—IR-TRACC传感器

未压缩时长度；DR—IR-TRACC传感器所测量的肋骨压缩量；θ—IR-TRACC传感器绕Z轴的偏转角度θ。

3 侧面碰撞试验方法研究

C-NCAP与EURO NCAP碰面碰撞试验模拟的是子弹车以50km/h的速度垂直撞击目标车的侧面，通过一系列的刚度计算和简化，最终将子弹车定义为移动可变形壁障。ECE R95台车数据来源于上个世纪90年代，已不符合当前车辆前端刚度及车身基本参数，均采用移动壁障整体质量为950kg，前端安装的是EEVC-2000型蜂窝铝。但是，随着汽车工业的发展，与以往车型相比，车辆相关参数以及不同车型的构成比例都有很大变化。EEVC WG13工作组于2001年着手新壁障的研究，并称之为AE-MDB，Euro-NCAP（2015版）正式应用 AE-MDB V3.9，该移动壁障总体质量为1300kg，采用Cellbond公司2001年与欧洲工作组合作开发新的AE-MDB可变形壁障，其宽度为1700mm，高度500mm，净重25kg，共分为6个单元，每一单元分别规定了变形量与压溃力的限值通道，以规范变形壁障的性能。两种类型移动壁障，如图4、图5所示。为研究两种假人在实车碰撞过程中的响应区别，共进行了两个车型的两次实车侧面碰撞试验进行比较分析，如下表2所示。该2次试验所采用车型均为A级车，分别各进行两次侧面碰撞试验，主要考察WS50th假人与ES2假人对比。

图4 ECE R95移动壁障Fig.4 ECE R95 MDB

图5 Euro NCAP（2015版）移动壁障Fig.5 Euro NCAP（Version 2015）MDB

表2 试验参数设定Tab.2 Test Parameter Settings

4 碰撞试验中假人的响应对比

T1和T2为相同车型，两次试验参数与上表2所示，除驾驶员位假人有区别外，其它试验参数均一致。由于WS50th假人和ES2假人的整体结构和评价方法都不同，那么假人损伤的横向对比也就没有太大的意义。但是可以换个角度分析两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制VH的百分比，计算公式，如式（2）所示。

式中：P—假人各部位损伤百分比；VR—假人各部位试验时的响应值；VH—C-NCAP规程中各部位的高性能限值。

由于WS50th假人和ES2假人两种假人结构有所区别，因此，假人的评价指标也有一定的区别，两种假人各个部位评价指标，如表3所示。由下图6对比试验T1、T2结果可知，在试验T1时，ES2假人头部累计3ms损伤百分比最大，这可能是在碰撞过程中假人头部与车辆内饰件接触，造成加速度增大所导致；上肋骨损伤百分比最高为78.45%，下肋骨次之，中肋骨损伤百分比最小，这与车门的侵入速率和车门内饰件外形有关。腹部合力相较耻骨力损伤百分比更大，由于该部分所对应的车体较早与壁障接触且侵入速率较高。试验T2中，WS50th假人头部指标损伤百分比不管是HIC值还是累计3ms都要低于ES2假人，这可能是由于WS50th假人坐姿较ES2假人低，WS50th假人未与车辆内饰件接触，有累计3ms损伤百分比为31.04%能够明显说明这一点；胸部肋骨损伤百分比的横向对比来说，ES2假人上肋骨损伤百分比最大为78.45%，WS50th假人同样上肋骨损伤百分比最大为41.89%；腹部损伤百分比，WS50th假人假人为位移，ES2假人为合力，损伤百分比分别为43.3%和74.7%；骨盆损伤百分比，均为耻骨力，传感器的安装位置相近，WS50th假人损伤百分比要高于ES2假人，分别为57.94%和42.93%。WS50th假人与ES2假人相对，头部、胸部和腹部指标的损伤百分比都要低一些，减少的损伤百分比分别为57.32%、36.56%和31.4%，而耻骨力对比来说，WS50th假人比ES2假人高了15.01%。

表3 两种假人评价指标对比Tab.3 The Comparative of Two Dummies’Evaluatons

图6 T1与T2假人损伤百分比对比Fig.6 T1and T2Contrast Percentage Dummy Injury

所要说明的是ES2假人与WS50th假人在实车中的乘坐状态以及碰撞过程中假人的具体响应姿态，如图7所示。有一点需要说明的是，使用ES2假人试验时，座椅Z向调整位置为上下中间位置，使用WS50th假人时，座椅Z向调整为最下位置。在T1与T2试验中座椅上下不可调，可以直接依据两假人的对应关系进行比较。由ES2假人与WS50th假人坐姿各个部位的对应关系，我们不妨来比较小相对应位置的位移曲线，如图8、图9所示。从实际的位移量曲线来进行比较分析。从图8、图9可知，两次试验ES2假人与WS50th假人的肋骨响应时间历程基本一致，图8中ES2假人中肋骨位移量为9.87mm，WS50th假人上肋骨位移量要比ES2假人大，峰值为11.87mm。图9所示的ES2假人下肋骨位移量为13.3mm，WS50th假人中肋骨位移量要比ES2假人小，峰值为10.26mm，由于两假人胸部肋骨变形量高性能限值分别为22mm和28mm，因此，ES2假人的中肋骨与下肋骨损伤百分比要比WS50th假人上肋骨与中肋骨损伤百分比要高。ES2假人与WS50th假人骨盆相对于车辆内部空间的位置基本一致，但是由于两假人骨盆构造与材质有区别，因此，所得曲线差异也十分明显。ES2假人耻骨力分值为1.288kN，WS50th假人耻骨力峰值为0.987kN，如图10所示。ES2耻骨力要高于WS50th假人，但是两假人耻骨力高性能限值分别为3 kN和1.7 kN，因此，出现了虽然ES2假人耻骨力大于WS50th假人，但是耻骨力损伤百分比正好相反，即WS50th假人要大一些。

图7 ES2与WS50th假人试验响应对比Fig.7 The Comparison Between ES2 and WS50th Response

图8 ES2中肋骨与WS50th上肋骨对比Fig.8 The Comparison Between ES2 Middle Rib and WS50th Upper Rib

图9 ES2下肋骨与WS50th中肋骨对比Fig.9 The Comparison Between ES2 Lower Rib and WS50th Middle Rib

图10 ES2与WS50th假人耻骨力对比Fig.10 The Comparison of Pubic Forces Between ES2 and WS50th

5 总结

在试验室中虽然能够针对于两款假人进行一系列的标定试验对比，但是进行滑台或者实车碰撞试验比较在实际试验中两种假人的响应区别。通过上述比较试验得出如下结论：（1）提出了横向比较两种假人损伤的概念，及损伤百分比。这一定义能够体现出假人某一部位距离高性能限值的区间大小。但是也存在不能体现出在出现扣分时，与高、低性能限值的比例关系；（2）通过损伤百分比对比结果可知，在相同载荷冲击下，ES2假人相较WS50th假人在头部、胸部、腹部方面表现更为恶劣，但骨盆损伤值ES2假人要比WS50th假人表现要好一些。

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［10］中国汽车技术研究中心.中国新车评价规程［EB/OL］.天津：中国汽车技术研究中心，2015.（China Automotive Technology and Research Center.China New Car Assessment Program［EB/OL］.Tianjin：China Automotive Technology and Research Center，2015.）

［11］European Association of New Car Safety Evaluation.European New Car Assessment Programme，Version 7.1.1［EB/OL］.