1假人傷害分析

1.1頭部傷害

在碰撞前期,頸部在胸部的帶動下向前做減速運動并下?lián)?頸部對頭部產生一個向后的力、向下的力以及向前的彎矩。在向前繼續(xù)運動的過程中,頭部會受到一個接觸外力,主要是由于胸部受安全帶拉力對頭部產生作用力的結果。頭部傷害主要包括了頭骨骨折、彌散性腦損傷等。目前使用較為頻繁的頭部傷害程度評價指標是頭部傷害指數(shù)HIC。

1.2頸部傷害

頸椎骨從上到下共有7塊,能夠對頭部起到有效的支撐作用,并構成較為完整的運動鏈,確保頭部可進行旋轉點頭運動。在交通事故過程中,頸部與頭部會產生慣性運動導致不同的傷害,主要表現(xiàn)在以下兩個方面:(1)拉伸-彎曲損傷:(2)壓縮-伸展損傷。此外,在NCAP(新車碰撞測試)中主要是根據(jù)積累曲線對頸部剪切力與張力進行有效評價。

1.3胸部傷害

人體胸部是較為重要的部位,胸部損傷不存在長期傷殘,一般情況下受傷者會在一段時間內很快死亡或者痊愈。在車輛碰撞過程中,人體胸部會受到較多的壓力,且受力過程相對比較復雜,不但受到安全帶拉力,還會受到頭部與下軀干的約束力、方向盤以及安全氣囊所施加的壓力。

1.4下肢傷害

在車輛碰撞實驗過程中,引起下肢損傷的機理相對較多,其中主要有下肢被夾在儀表板與底板之間,夾在剎車踏板下面,與剎車踏板接觸以及腳從剎車踏板上滑落并與底板接觸等。下肢損傷指標主要有TI、FFC以及TCFC等,其中FFC用以評估股骨損傷,TI以及TCFC均為脛骨的損傷指標。FFC以及TCFC指標均是在長骨所承受軸向載荷的基礎上計算得出。

2正面碰撞中的假人傷害影響因素

2.1正面碰撞中的假人運動過程

假人在正面碰撞的運動過程中,車輛與墻壁發(fā)生碰撞,在碰撞瞬間,乘員與約束系統(tǒng)存在間隙,隨著車輛在向前運動中突然減速,乘員向前位移,與車輛出現(xiàn)了速度差以及位移,隨后受到約束系統(tǒng)的減速作用而做減速運動,并降至為零,經(jīng)過反彈,最后處于靜止。

2.2車身安全結構

在設計過程中車身結構具有一定的抗撞性,主要是指汽車在碰撞期間確保乘員與行人在碰撞后有安全逃逸與救援的能力。在碰撞過程中,車身結構會接受較大的動能,以此為車輛內部提供一定的剛性。其中車身結構的抗撞性主要體現(xiàn)在車身結構承受碰撞的能力,碰撞能量的吸收以及產生碰撞波形等能力。車身安全結構如圖1所示。

圖1車身安全結構

2.3車身加速度

在正面碰撞過程中,車身加速度與乘員傷害指標緊密相連。車身加速度值是車輛耐撞性能中較為重要的參數(shù),乘員軀干是人體受運動影響的物理量,運動狀態(tài)為胸部受到水平方向加速度影響,其他方向的沖擊相對較小。

2.4安全帶

在正面碰撞過程中,安全帶會束縛乘員的運動軌跡,在最大程度上降低乘員在此過程中的二次碰撞,在此基礎上還能夠有效避免車輛在翻滾過程中乘員脫離座椅的危險。由此可以看出,安全帶起到了較好的緩沖作用,但是會對乘員頭部以及頸部產生不同程度的影響。為了提高車輛安全性,需要安裝預警器與限力器裝置,以有效避免對一些部位的傷害。安全帶預緊及限力動作如圖2所示[2]。

圖2安全帶預緊及限力動作示意圖

2.5安全氣囊

安全氣囊能夠有效避免乘員與汽車內部結構產生直接碰撞,以此達到降低傷害的目的。此外,安全氣囊在防護過程中,是一個瞬態(tài)動力學過程,要求在一定空間內以某個強度展開,這在一定程度上表明了也會對乘員造成一定的損傷。因此,只有在安全帶與氣囊參數(shù)良好匹配的情況下才能起到降低損傷的作用,安全氣囊參數(shù)包括氣袋形狀、起爆時間等。

3改進分析及實驗驗證

3.1第一次碰撞實驗

以自主研發(fā)的車型進行實車碰撞實驗,其中樣車沒有安裝安全氣囊,結果表明,駕駛員以及乘員頭部指標出現(xiàn)不同程度的超標,并且頸部伸張彎矩也超出了一定要求。此外,在實驗中因沒有安全氣囊,駕駛員與方向盤產生了二次碰撞,頭部有較大的損傷。

3.2第二次碰撞實驗

在第二次碰撞實驗過程中,車輛安裝了安全氣囊,但是沒有限力裝置。由此可以看出,安裝氣囊后假人碰撞損傷程度降低明顯,在NCAP中能夠達到滿分,但是頭部加速度依然相對較大。頸部NIC與壓縮彎矩處于高分限值之內,胸部加速度指標得到了有效改善,但是依然略高于分限值,胸部壓縮量增加,主要是與安全帶約束作用有較大關系,腿部壓縮力也明顯改善。在車身結構沒有改變的情況下,安全氣囊能夠對乘員頭部進行全面的保護。

3.3滑車實驗

滑車實驗是一種較為重要的實驗方法,以便對零部件進行改進以及安全性匹配。較多汽車安全匹配廠家均采用滑車方式進行實驗,以此對車輛碰撞波形進行有效模擬,再現(xiàn)車輛碰撞的全過程,在較大程度上能夠減少開發(fā)時間與成本。

4結語

車輛耐撞性能主導著假人在碰撞中的響應特性,并且在約束系統(tǒng)基礎上有效降低假人傷害程度:安全帶及氣囊等約束系統(tǒng)能夠對碰撞能量進行有效分配;配備安全帶時,假人胸部的壓縮量最小,在配備氣囊的情況下,胸部壓縮量出現(xiàn)微量增加,減小胸部加速度,這就需要對約束系統(tǒng)特性進行改進,使加速度與胸部壓縮量保持一定的平衡,在碰撞過程中將乘員傷害程度降至最低。