摘 要：车辆的安全性能对于我们来讲十分重要，现如今，人们也更加重视。对假人在车辆正面碰撞过程中所受的伤害进行了分析，研究了正面碰撞中假人受傷的影响因素，并对车身安全性进行了改进及实验验证，将乘员伤害程度降至最低。

关键词：正面碰撞;假人伤害;安全性改进;车身结构

0 引言

目前，大家通常关注假人的胸部和颈部伤害，而往往忽略大腿伤害。事实上汽车碰撞事故中下肢损伤较为多见，其中大腿伤害是交通事故中导致乘员下肢残废的主要原因之一。文章针对混Ⅲ假人的腿部伤害，应用Dyna分析工具进行一系列的基础性研究，以探讨对大腿伤害（包括膝盖滑动位移和大腿压缩力之间的关系）的影响因素。在此基础上，运用约束系统模型进行仿真分析，并配以相关的试验数据，详细解析了膝部与仪表板接触位置对大腿伤害的影响。100%RB碰撞试验时，车身前端全部参与碰撞，车体刚度最大，车体变形最小。在巨大的冲击惯性力的作用下，乘员头部、胸部的伤害较严重，人体头部、胸部的冲击伤害往往造成死亡，大腿及下肢也会受到接触性伤害造成伤残等。大量研究表明，这些指标反映了车身碰撞特性、乘员约束系统特性及两者间的匹配这三个方面的综合性能。

1 正面碰撞中的假人伤害影响因素

1.1 正面碰撞中的假人运动过程

假人在正面碰撞的运动过程中，车辆与墙壁发生碰撞，在碰撞瞬间，乘员与约束系统存在间隙，随着车辆在向前运动中突然减速，乘员向前位移，与车辆出现了速度差以及位移，随后受到约束系统的减速作用而做减速运动，并降至为零，经过反弹，最后处于静止。

1.2 安全车身结构

车身结构抗撞性是指汽车结构在碰撞过程中保证车内乘员和行人生存及碰撞之后乘员安全逃逸和救援的能力。车身结构在碰撞过程中吸收大部分的碰撞动能，为乘员舱提供大部分的刚性，车身结构抗撞性实际上就是车身结构承受碰撞的能力、变形模式、吸收碰撞能量和产生合理碰撞波形等综合能力的体现。

1.3 安全带

在正面碰撞过程中，安全带会束缚乘员的运动轨迹，在最大程度上降低乘员在此过程中的二次碰撞，在此基础上还能够有效避免车辆在翻滚过程中乘员脱离座椅的危险。由此可以看出，安全带起到了较好的缓冲作用，但是会对乘员头部以及颈部产生不同程度的影响。为了提高车辆安全性，需要安装预警器与限力器装置，以有效避免对一些部位的伤害。

1.4 车身加速度

正面碰撞中车身的加速度波形与乘员的伤害指标紧密相关，车身加速度值是车辆耐撞性能中最易获取的特征参数之一，与此同时在人体各个部位的动态响应中乘员躯干也是最能表征人体受车辆运动影响的物理量，其运动状态主要表现为胸部在水平方向的加速度，而在横向及垂直方向受到的冲击较小。因此通过对加速度波形中某些特征值的提取，来研究这些参数与乘员胸部伤害值的关系是有意义的。

1.5 安全气囊

气囊的阻隔，避免了乘员与汽车内部结构发生直接碰撞，从而起到了降低损伤作用。同时安全气囊防护本质上是一个瞬态动力学过程，要求气囊瞬时在一个有限的空间以一定的强度展开，安全气囊防护的这些特点，决定了它在完成防护过程的同时也存在引发新的损伤的潜在因素。只有在气囊参数与安全带等有良好的匹配作用下才能更有效地降低乘员的伤害。这些参数包括起爆时间、充气时间、气袋形状、泄气孔分布、拉带等。

2 改进分析及实验验证

2.1 第一次碰撞实验

以自主研发的车型进行实车碰撞实验，其中样车没有安装安全气囊，结果表明，驾驶员以及乘员头部指标出现不同程度的超标，并且颈部伸张弯矩也超出了一定要求。此外，在实验中因没有安全气囊，驾驶员与方向盘产生了二次碰撞，头部有较大的损伤。

2.2 参考车型车体加速度波形对比

引入等效波形概念，等效波形是基于能量守恒原理，将复杂的实车碰撞波形简化成参数化的2阶等效波形。通过改变2阶等效波形中的特征参数，研究不同碰撞波形对乘员胸部加速度的影响。其他4款车型最大峰值在33g左右，车型3及车型6略高，而峰值时刻差异较大，2阶等效波形基本在30g左右。

2.3 第二次碰撞试验

增加气囊后假人伤害程度得到了明显的降低，头部伤害性能得到很好改善，不仅满足国标要求而且在NCAP中均能得到满分，但头部加速度依然偏大;颈部NIC及压缩弯矩均在高分限值内;胸部加速度指标有所改善但仍高于高分性能限值（38g）;胸部压缩量反而有所增大，与安全带的持续作用有关;其中大腿压缩力也得到了一定程度的改善。由于车身结构基本没有改动，安全气囊对头部伤害改善起到了明显的作用，安全带性能表现一致，张力偏大对胸部伤害起主导作用，胸部伤害值仍然不够理想。存在的问题主要体现为安全带张力偏高，需要调整安全带参数，如锁止限值、延伸率等。应采用预紧及限力功能的安全带，适当增加腰部、胸部的位移，改变人体初始运动状态，使假人动能分布下移，假人前移消耗能量，从而减少假人胸部伤害程度。

2.4 滑车实验

滑车实验是一种较为重要的实验方法，以便对零部件进行改进以及安全性匹配。较多汽车安全匹配厂家均采用滑车方式进行实验，以此对车辆碰撞波形进行有效模拟，再现车辆碰撞的全过程，在较大程度上能够减少开发时间与成本。

3 结语

车辆耐撞性能主导着假人在碰撞中的响应特性，并且在约束系统基础上有效降低假人伤害程度;安全带及气囊等约束系统能够对碰撞能量进行有效分配;配备安全带时，假人胸部的压缩量最小，在配备气囊的情况下，胸部压缩量出现微量增加，减小胸部加速度，这就需要对约束系统特性进行改进，使加速度与胸部压缩量保持一定的平衡，在碰撞过程中将乘员伤害程度降至最低。

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