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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