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基于常规约束系统的不同假人损伤研究

2020-03-21 14:57:42·  来源：碰撞与安全  
　
近年来，女性驾驶员数量激增，根据公安部数据统计，中国女性驾驶人达到了1.23亿人，占总驾驶人30.13%。然而，目前国内车辆前排约束系统都是基于Hybrid Ⅲ 50th假
近年来，女性驾驶员数量激增，根据公安部数据统计，中国女性驾驶人达到了1.23亿人，占总驾驶人30.13%。然而，目前国内车辆前排约束系统都是基于Hybrid Ⅲ 50th假人进行设计的，其对5th假人和95th假人不一定能够达到良好的保护效果。在美国FMVSS 208使用采用5th假人进行碰撞试验，2021版CNCAP也将引入新的MPDB工况，在前排副驾侧放置5th女性假人开展试验。
 
不管是基于真实乘员保护考虑，还是为了满足法规和NCAP的要求，车企必须改善约束系统，以提高对不同身材乘员的保护效果。这引发我们的思考：现有约束系统能否实现对不同身材乘员的理想保护？如果不能，我们该如何改进设计，以均衡对不同乘员的保护性能？
 
1、基础参数分析
本文首先基于某款针对CNCAP开发车型的全正碰驾驶员约束系统模型，仿真评估现有约束系统参数下，Hybrid Ⅲ 5th/50th/95th假人头颈胸部的损伤情况，如下表所示。
 
仿真结果显示，当前约束系统对50th假人的头颈胸保护效果都较好；对于5th假人，胸部保护效果较差，胸部肋骨压缩量偏高；对于H395假人，头部保护效果较差，HIC超标，失分严重。由此可见，基于H350假人匹配的约束系统参数，对5th和95th假人均不能实现理想保护。
 
2、约束系统参数优化
 
针对CNCAP开发的约束系统对5th和95th假人保护效果不佳，但能否通过优化约束系统参数，实现对不同假人的均衡保护呢？本文选取对头颈胸伤害影响较大的气囊体积、泄气孔直径、安全带限力等参数开展DOE分析，以期实现不同假人的性能平衡。
 
2.1 95th假人分析
针对95th假人，由于其能量高，乘员向前位移大,基本的要求是头部、胸部不与乘员舱内的环境件发生二次碰撞，要求采用较高的安全带限力, 较大的气囊刚度以更好支撑头、胸部。
1）气囊体积45L
 
 
 
使用45L体积气囊时，采用3.5kN限力、20mm泄气孔时，由于前期约束不足，且后期气囊刚度偏小，95th假人头部触底。增大限力或减小泄气孔，均不再触底；配合16mm泄气孔，气囊刚度偏大，对头胸部伤害严重，HIC失分较多，胸压偏高。
2）气囊体积55L
 
 
 
使用55L体积气囊时，采用16mm泄气孔，95th假人头部均不触底，HIC失分。采用20mm泄气孔，限力3.5/4.0kN时，假人头部轻微触底，但不会导致HIC进一步增加；限力4.5kN时不触底，且胸压量较低。
采用较高的安全带限力，较低的气囊刚度（体积45L，泄气孔20mm），95th假人的胸压量仍处于一个较低的水平，且有助于降低HIC；而气囊刚度增大时，头胸部损伤均明显上升。因此对于95th假人，可采用高限力安全带，在保证不触底的情况下尽量降低气囊刚度。
 
2.2 50th假人分析
1）安全带限力
 
每增加一个限力等级，50th假人胸压量增幅约1mm，对HIC有轻微改善。
2）气囊刚度
 
 
泄气孔增大或气囊体积增大，气囊刚度减小，50th 假人HIC及胸压量均明显降低。
安全带限力采用3500N，气囊泄气孔20mm、体积55L，50th假人伤害最优。
2.3  5th假人分析
1）安全带限力
 
增加限力等级，5th假人胸压量增幅约4mm，影响效果明显。
2）气囊刚度
 
 
泄气孔增大或气囊体积增大，都可以减小气囊刚度，5th假人HIC及胸压量均明显降低。安全带限力采用3500N，气囊泄气孔20mm，体积55L，5th假人伤害最优，但胸压量仍处于较高水平。
对于5th假人，其质量较小，应采用较低限力水平的安全带, 较小的气囊刚度, 减轻乘员头胸部损伤。
 
3、总结
基于常规约束系统配置，采用3500N限力安全带，低气囊刚度，对50th及95th假人均可实现较优的保护效果，但会造成5th假人胸压量偏高，仅能达到基本的保护效果。为了降低5th假人胸压量，需进一步降低安全带限力，而又会导致50th和95th假人约束不足。
 
因此，基于常规约束系统，不能平衡不同身材乘员的保护性能。为了实现对不同身材乘员的均衡保护，需采用更高配置的约束系统，如多级限力安全带、主动泄气孔气囊，根据碰撞强度、乘员身材、乘员姿态等自动调节约束系统参数。
 
文章：凌宏浩
编辑：李岩
广汽研究院集成安全技术部 
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