轎車側(cè)面柱碰撞乘員損傷機理仿真（續(xù)1）

2019-02-21 02:21:18盧靜鄭顥劉玉云王玉超歐陽俊

汽車工程師 2019年1期

盧靜鄭顥劉玉云王玉超歐陽俊

（廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院）

在英國、美國、中國等國家的各種汽車碰撞事故形態(tài)中，側(cè)面柱碰撞是一種導(dǎo)致乘員重傷和死亡率較高的事故類型[1-2]。目前歐洲EURO-NCAP、美國FMVSS214、美國US-NCAP等法規(guī)均增加了對側(cè)面柱碰撞事故碰撞形態(tài)的考察，中國法規(guī)還沒有對該項法規(guī)進行考察。在中國已有大量文獻[3-8]對側(cè)面可變形移動壁障碰撞工況下的乘員保護展開了研究，同時在C-NCAP側(cè)面可變形移動壁障碰撞工況的考察中，乘員得分率處于較高的水平；但對側(cè)面柱碰撞工況中的乘員保護研究少。文章采用MADYMO仿真的方法，基于側(cè)面柱碰撞模型，對乘員損傷機理及保護策略進行了研究。

1 側(cè)面柱碰撞法規(guī)動態(tài)

歐洲的ECE系列強制性認證法規(guī)中沒有側(cè)面柱碰撞法規(guī)，EURO-NCAP中首次提出了側(cè)面柱碰撞的要求，屬于側(cè)面碰撞的補充，加2分。能進行側(cè)面柱碰撞測試的前提條件是：1）車型必須匹配側(cè)面氣囊和安全氣簾；2）在側(cè)面碰撞中頭部傷害必須是滿分。2009年EURO-NCAP對側(cè)面碰撞和側(cè)面柱碰撞的考察權(quán)重進行了調(diào)整，將側(cè)面柱碰撞從加分項2分變?yōu)閺娭祈?分，同時將側(cè)面碰撞的16分降低到8分，兩者的考察權(quán)重持平。圖1示出側(cè)面柱碰撞在各國法規(guī)中的試驗形態(tài)。

圖1 側(cè)面柱碰撞在各國法規(guī)中的試驗形態(tài)

如圖1a所示，EURO-NCAP中柱碰撞考察形式為汽車以29 km/h的速度，90°撞擊直徑為254 mm的剛性柱，在汽車前排設(shè)置1個ES-2假人，撞擊點為假人頭部中心位置；在北美側(cè)面柱碰撞中，考察法規(guī)有FMVSS214和US-NCAP，前者在汽車前排設(shè)置1個ES-2re或SID-Ⅱs假人，后者在汽車前排設(shè)置1個World SID50th假人，柱碰撞考察形式為汽車以32 km/h的速度，75°撞擊直徑為254 mm的剛性柱，如圖1b和圖1c所示。與EURO-NCAP法規(guī)相比，F(xiàn)MVSS214和US-NCAP法規(guī)考察工況更為惡劣，碰撞總能量增加21%，碰撞角度的變化使得撞擊位置為車門中心偏后的位置，B柱在碰撞中發(fā)揮的作用降低。

2 側(cè)面柱碰撞仿真模型及US-NCAP柱碰撞評價標準

文章采用多剛體的方法建立了側(cè)面柱碰撞仿真模型，如圖2所示。首先基于側(cè)面柱碰撞整車有限元模型得到車門與剛性柱的接觸特性，然后將該接觸特性在MADYMO軟件中賦予車門，模擬整車結(jié)構(gòu)與剛性柱的接觸特性，如圖3所示。碰撞發(fā)生10 ms后，車門便被完全擠壓并與剛性柱貼合在一起，如圖4所示，而此時側(cè)面安全氣囊并未完全展開（假設(shè)側(cè)面氣囊8 ms點爆），所以側(cè)氣囊的接觸主要是與變形完成后的車門接觸。為了更好地在MADYMO軟件中模擬氣囊與變形后的車門的接觸，在模型中根據(jù)變形后車門的位置建立了變形后的車門，如圖5所示。

圖2 側(cè)面柱碰撞仿真模型

圖3 側(cè)面柱碰撞整車剛度特性

圖4 側(cè)面柱碰撞10 ms后的車門狀態(tài)

圖5 側(cè)面柱碰撞多剛體仿真模型

文章仿真分析的基礎(chǔ)碰撞工況為US-NCAP中的側(cè)面柱碰撞工況，碰撞速度為32 km/h，碰撞角度為75°，測試假人為 World SID 50th。US-NCAP 2018 版本征求意見稿中，側(cè)面柱碰撞的評價標準，如表1所示，主要考察頭部、肩部、胸部、腹部、髖部5個部位，分別設(shè)置上限值和下限值；其中肩部力超過2 500 N，不得分，腹部位移超過47 mm，不得分。使用World SID50th假人后，不同級別車型胸部位移整體較高，超出推薦值。故文章的優(yōu)化分析以胸部肋骨位移為基準，同時考察腹部位移。