李君杰，臧 晨，張亞軍

（中國汽車技術(shù)研究中心有限公司，天津300300）

0 引言

自從2012版C-NCAP增加對第二排女性假人傷害考察后，降低第二排乘員傷害成為整車碰撞安全開發(fā)中重要的一部分；2015版C-NCAP增加對第二排女性假人發(fā)生下潛情況的罰分；2018版C-NCAP更是增加了第二排女性假人的得分占比。從C-NCAP的發(fā)展趨勢可以看出，我國汽車安全領(lǐng)域正在逐漸增加對后排乘員保護的重視。根據(jù)公安部交管局?jǐn)?shù)據(jù)顯示：截至2019年上半年，我國汽車保有量2.5億輛，私家車1.98億輛，城市擁堵不斷，同時全社會交通安全問題日益突出。據(jù)國家統(tǒng)計局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2017年全國發(fā)生交通事故總數(shù)203 049起，直接造成財產(chǎn)損失121 311萬元，導(dǎo)致209 654人受傷，63 772人死亡［1］。2017年日本警視廳曾經(jīng)出具過一份調(diào)查，指出汽車交通事故中的死亡率分布情況［2］，駕駛座為0.32%，副駕駛座為0.27%，后座則高達0.36%。這則消息的公布，不禁讓駕乘人員更加重視后排乘員安全保護情況，但是，后排乘員保護配置情況遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如前排完善，每年在交通事故中死亡的后排乘員人數(shù)約1萬人［3］，因此，現(xiàn)有后排約束系統(tǒng)配置的保護效率是否能夠充分發(fā)揮顯得尤為重要。

在整車試驗過程中，存在一個比較常見的現(xiàn)象，即后排安全帶上固定點布置不合理，最終導(dǎo)致后排假人胸壓異常增大。究其原因，就是在前期設(shè)計中，安全設(shè)計工程師對于安全帶上固定點的布置位置缺乏參考依據(jù)，通常僅滿足 “機動車乘員用安全帶、約束系統(tǒng)、兒童約束系統(tǒng)和ISOFIX兒童約束系統(tǒng)”這個法規(guī)［4］要求而已，進而其布置位置設(shè)計不合理。為此，合理布置安全帶上固定點位置成為必然。

本文作者根據(jù)對10款車型后排安全帶上固定點位置的布置情況進行統(tǒng)計分析，加上CAE仿真驗證，得出安全帶上固定點布置建議，以減小由于安全帶上固定點設(shè)計不合理對后排假人胸部傷害的不良影響。

1 安全帶固定點位置不佳產(chǎn)生的影響

根據(jù)C-NCAP 2018版評分體系［5］，某車型整車試驗數(shù)據(jù)顯示，后排女性假人胸部傷害較大，得分較低，最后導(dǎo)致女性假人的總體評價成績較低。

通過檢查試驗后高速錄像發(fā)現(xiàn)：在試驗過程中，后排假人左側(cè)肩部區(qū)域出現(xiàn)受力集中的現(xiàn)象，其運動姿態(tài)明顯異常。后經(jīng)詳細(xì)分析及仿真再現(xiàn)碰撞過程中假人的運動情況，發(fā)現(xiàn)安全帶肩帶存在滑落假人肩部的現(xiàn)象，進而帶動安全帶包絡(luò)向下接觸假人下胸部位置，胸壓傷害加重。

很明顯，試驗中的車輛，其后排安全帶上固定點位置偏低，直接造成碰撞過程中安全帶作用的不穩(wěn)定性，安全帶未能充分發(fā)揮對假人胸部的保護性能，如圖1所示。

圖1 安全帶上固定點位置偏低的影響示意

2 安全帶上固定點布置位置統(tǒng)計分析

2.1 實車安全帶上固定點位置布置統(tǒng)計

本文作者對10款不同型號的車型安全帶上固定點位置進行統(tǒng)計，因涉及不同車型，為方便對比分析，目標(biāo)值采用安全帶上固定點坐標(biāo)與后排女性假人理論H點坐標(biāo)的差值進行對比分析，如表1所示。

表1 安全帶上固定點與后排假人理論H點的差值 mm

2.2 安全帶上固定點不同坐標(biāo)下傷害值變化

根據(jù)安全帶上固定點3個不同方向的坐標(biāo)值，對比實車碰撞結(jié)果中后排女性假人胸部傷害及得分情況。

首先，根據(jù)Z方向的坐標(biāo)情況，進行對比分析，如表2所示。

表2 安全帶上固定點Z方向差值對應(yīng)后排假人胸部傷害情況

根據(jù)安全帶上固定點與后排女性假人H點Z方向的差值，對車型1～車型8進行排序 （固定點位于C柱上，Z向位移差由小到大），得出傷害值的變化規(guī)律。不難發(fā)現(xiàn)：隨著安全帶上固定點位置的提高，后排女性假人胸部壓縮量有明顯減小的變化趨勢，相應(yīng)得分提高，呈線性變化關(guān)系。

車型9和車型10第二排安全帶上固定點位于座椅靠背上，所以Z向差值較小，但二者的變化，依然遵循上述規(guī)律。

文獻 ［6］中指出：安全帶D環(huán)偏下、偏后導(dǎo)致安全帶對假人胸部的約束偏強，對假人腰部的約束偏弱，假人胸部剛度偏低。這與表2中車型1～車型8的變化規(guī)律相對應(yīng)。但隨后文中又提出，D環(huán)位置布置在C柱上要好于布置在座椅靠背上［6］。通過觀察試驗車型9和車型10不難發(fā)現(xiàn)，“D環(huán)位置布置在C柱上要好于布置在座椅靠背上”的結(jié)論存在一定的可推敲性，安全帶固定點Y向距離是否影響后排女性假人胸部傷害，值得進一步分析。

根據(jù)安全帶上固定點與后排女性假人H點Y方向的差值，對車型1～車型10實車碰撞結(jié)果中后排女性假人胸部傷害及得分情況進行對比分析，如表3所示：隨著安全帶上固定點與后排女性假人H點Y方向的差值變化，假人胸部傷害不是明顯的線性變化關(guān)系，但隨Δy的增大，整個傷害趨勢走向呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢，如圖2所示。

表3 安全帶上固定點Y方向差值對應(yīng)后排假人胸部傷害情況

圖2 安全帶上固定點Y方向變化對應(yīng)胸部傷害變化

車型9和車型10第二排安全帶上固定點位于座椅靠背上；車型4后排安全帶固定點位于C柱與后風(fēng)窗橫梁交點位置，介于C柱和座椅靠背的中間位置，車型4安全帶固定點位置如圖3所示。所以，無論第二排安全帶固定點是布置在C柱上，還是布置在座椅靠背附近，均需要充分考慮安全帶上固定點Y向距離，以減小因安全帶布置因素對假人胸部傷害的不良影響。

由于安全帶上固定點位于座椅靠背附近時，其X向受到座椅靠背上邊緣的限制，研究意義不大，所以對于Δx，文中只分析第二排安全帶上固定點位于C柱的情況，如表4所示。

圖3 車型4安全帶上固定點位置

表4 安全帶上固定點X方向差值對應(yīng)后排假人胸部傷害情況

由表4可知：隨著安全帶上固定點與后排女性假人H點X方向差值的增大，假人胸部傷害無規(guī)律性變化，但胸壓傷害值較小區(qū)域集中在Δx較小的區(qū)域內(nèi)，這表明，當(dāng)D環(huán)安裝位置在C柱上時，第二排安全帶固定點的位置偏向前方略好，但對于此無明顯規(guī)律的情況，后續(xù)還需仿真手段輔助獲取進一步的變化規(guī)律。

3 后排安全帶上固定點布置位置仿真驗證分析

為驗證上述實車試驗顯示的規(guī)律，同時尋求第二排安全帶固定點布置范圍，故進行仿真驗證，觀察假人胸部傷害變化規(guī)律。仿真驗證采用簡化二階梯形波加載整車模型進行驗證。簡化二階梯形波如圖4所示。Δx、Δy、Δz的調(diào)節(jié)范圍參考女性假人H點距離肩部的尺寸，如圖5所示。

圖4 簡化二階梯形波

圖5 H點距離肩部邊緣的尺寸

仿真驗證矩陣見表5。

表5 仿真驗證矩陣 mm

由表5可知：

（1）隨著第二排安全帶固定點距假人H點Z方向距離的增大，第二排女性假人胸部壓縮量呈現(xiàn)減小趨勢，所以Δz越大越有利，但是需要考慮實車安裝的可行性。結(jié)合實車安全帶固定點布置情況，得出第二排安全帶上固定點Z方向布置的參考范圍為600～700 mm。此范圍適用于安全帶上固定點位于C柱上的情況，不包含安全帶上固定點位于座椅靠背上的情況；

（2）隨著第二排安全帶固定點距假人H點Y方向距離的增大，第二排女性假人胸部壓縮量呈現(xiàn)增大趨勢，所以Δy越小越有利。結(jié)合實車安全帶固定點布置情況，得出第二排安全帶上固定點Y方向布置的參考范圍為150～300 mm；

（3）隨著第二排安全帶固定點距假人H點X方向距離的增大，第二排女性假人胸部壓縮量呈現(xiàn)先減小后增大趨勢，其變化規(guī)律近似U形，存在最佳可選范圍，非線性變化。即在一定范圍內(nèi)，呈現(xiàn)出安全帶上固定點越靠前、越有利，比如430～580 mm這個區(qū)域；但是超過一定范圍，隨著安全帶上固定點繼續(xù)前移，胸壓反而增大，這是因為，安全帶固定點過度向前，肩帶更容易滑落肩部，加大安全帶對假人胸部的載荷，進而加重胸部傷害，比如230～400 mm這個區(qū)域。綜合考慮兩段變化規(guī)律，得出第二排安全帶上固定點X方向布置的參考范圍為 300～480 mm。

胸部壓縮量曲線變化如圖6—圖9所示。

圖6 胸部壓縮量響應(yīng)Δz變化

圖7 胸部壓縮量響應(yīng)Δy變化

圖8 胸部壓縮量響應(yīng)Δx變化——情況1

圖9 胸部壓縮量響應(yīng)Δx變化——情況2

4 結(jié)論

通過對實車第二排安全帶上固定點的布置情況進行統(tǒng)計，以降低第二排女性假人胸部傷害為目的，分別對安全帶上固定點X、Y、Z三個方向與第二排女性假人H點之間的距離差進行研究，同時結(jié)合CAE仿真驗證其統(tǒng)計的變化規(guī)律，從中得到以下結(jié)論：

（1）第二排安全帶上固定點布置在C柱上時，其布置在較高位置好于較低位置。結(jié)合實車安全帶固定點布置情況，得出第二排安全帶上固定點Z方向布置的參考范圍為600～700 mm。

（2）第二排安全帶上固定點Y方向接近假人的位置好于遠(yuǎn)離假人的位置。結(jié)合實車安全帶固定點布置情況，得出第二排安全帶上固定點Y方向布置的參考范圍為150～300 mm。

（3）第二排安全帶上固定點X方向距離Δx線性變化，在一定范圍內(nèi)，安全帶上固定點在C柱上靠前位置好于靠后位置，但在另一范圍內(nèi)，其情況相反，所以存在最優(yōu)范圍。綜合考慮不同的變化規(guī)律，得出第二排安全帶上固定點X方向布置的參考范圍為300～480 mm。