简单分析乘员保护中的膝部评价与开发

在正碰试验中，乘员膝部伤害的评估主要有客观评价和主观评价两种，客观评价主要是大腿力和膝部滑移量两个指标，之前的文章中介绍的已较多，因此本文主要介绍一下Euro NCAP中关于膝部伤害的主观评估方法。

膝部的主观评估项，不考虑膝部气囊的话，主要是可变接触（variable contact）和集中力载荷（concentrated loading）。

01背景

目前的碰撞试验中，均只采用单一体型假人、标准化的规定坐姿，从而膝部与仪表板的接触基本上会是固定的位置。而在车辆的实际使用过程中，乘员会是不同体型、非标准坐姿，一旦发生碰撞事故时，膝部与仪表板的接触位置会有较大的差别，考虑到这种偏差，引入了主观评估项。

02主观评估方法

在膝部区域（knee zone）内，根据仪表板内部结构分别评估是否存在可变接触和集中力载荷，如存在任意一项，则罚1分。

2.1 可变接触的定义和判定

偏置碰撞试验后，根据膝部与仪表板的接触点（contact point）确定膝部区域，在此区域内，检查是否有其他可能的接触点比ODB试验中的接触点具有更大的致伤风险，如果存在这样的点，则认为是可变接触，即罚1分。

2.2 集中力载荷的定义和判定

在同样的膝部区域内，如存在能形成集中力的结构，如金属的转向管柱调节把手等，则认为是集中力载荷，即罚1分。

2.3 膝部区域（knee zone）的确认方法

首先确认偏置碰撞试验中膝部与仪表板的接触位置，以此接触位置的最上面为基准，垂直方向-----以基准在竖直方向往上50mm，往下50mm；如图1所示，虚线为接触位置在Z向的最高位置。


图 1

水平方向-----对于驾驶员外侧腿来说，以管柱在Y向的中心点为起点，至仪表板在Y向的最外侧；对于驾驶员内侧腿来说，同样的起点，向仪表板在Y向的内侧延伸，直至腿部能接触的极限位置；对于副驾外侧腿来说，以人体在Y向的中心点为起点，至仪表板在Y向的最外侧；对于副驾内侧腿来说，同样的起点，向仪表板在Y向的内侧延伸，直至腿部能接触的极限位置；如图2所示：


图 2

深度方向----根据ODB试验数据，确定膝部相对于仪表板的最大侵入量的最大值A，以基准为起点，向仪表板在X向的车头方向延伸（A+20）mm，即为此处的深度，如
图3：


图 3

根据以上三个维度的定义，即可确定膝部区域，如图4所示：



图 4

2.4 评分方法

在以上确定的膝部区域内，如有可变接触或集中力载荷，则罚1分。此部位的得分为客观评估的得分减去主观评估的罚分。

03针对主观评估的开发方法及验证策略

3.1 开发阶段

按照上述的定义，开发的策略应是，在膝部区域内避免产生硬点和坚硬的结构。但因为功能的需要，此区域内一般会布置很多机构，如管柱调节手柄，储物盒，组合开关、保险丝盒等，而这些功能件如果设计不合理，均会产生硬点和坚硬的结构；所以在项目开发的前期，应尽量避免较多的功能件布置在膝部区域内，如果无法避免，则应进行相应的结构弱化、垫泡沫、材料不采用金属等措施，尽可能的减小功能件的刚度和强度。如图5所示为上汽某上市车型在开发阶段，在膝部区域（黄色框）内的罚分风险点，③④位置增加了吸能泡沫来规避风险，⑤⑥位置则采用了弱化B面结构来规避风险。


图 5

3.2 验证阶段

如前所述，有些风险点在设计阶段是无法避免的，这些点只能用符合Euro NCAP规定的相应的台车试验来证明某风险点并不会造成膝部伤害超标，即不会导致大腿力超过3.8kN和膝部滑移量超过6mm。具体的试验方法和步骤如下：

确立膝部考察区域

依据64ODB碰撞工况产生的膝部与仪表板接触痕迹，及前述确立膝部区域的方法确定考察区域，如图6为某车型ODB试验后，根据膝部与仪表板的接触位置确定的膝部区域。



图 6

试验波形确认及拟合

可以采用Euro NCAP官方推荐的减速度波形或开发车型的减速度波形，但在一轮KM试验中，要保持试验波形的一致性。波形确认后，则需要借助滑车系统拟合出所选择的波形，拟合波形基本要求为：1复现64ODB碰撞中的结构变形情况；2复现所选减速度波形，且强度不得低于选用波形。判断是否拟合的具体准则为两个：1. 120ms之内的速度差要小于0.6m/s；2. 120ms之内的位移差为负值。

假人定位

首先按照H点和骨盆角将假人初步定位，然后使相应的膝盖对准风险区域或结构，最后对另外一条腿进行适当的固定。如图7为某一次台车试验前的假人定位好的状态，验证管柱护罩硬结构对驾驶员左腿的膝部滑移量和大腿力是否超标。



图 7

判断准则

分别调取大腿力曲线和膝部滑移量曲线，如大腿力峰值小于3.8kN且膝部滑移量峰值小于6mm，则认为此位置无风险，不产生罚分。

04结论



根据以上膝部主观评估的简述，规避此罚分的风险主要是概念设计阶段，尽量避免硬点和坚硬的结构布置在膝部区域内，无法避免的，则须在验证阶段，针对性的进行台车试验排除风险点并不会造成膝部指标超标即可。