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(dòng)下向前做減速運(yùn)動(dòng)并下?lián)?頸部對(duì)頭部產(chǎn)生一個(gè)向后的力、向下的力以及向前的彎矩。在向前繼續(xù)運(yùn)動(dòng)的過程中,頭部會(huì)受到一個(gè)接觸外力,主要是由于胸部受安全帶拉力對(duì)頭部產(chǎn)生作用力的結(jié)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(píng)價(jià)指標(biāo)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?qū)︻^部起到有效的支撐作用,并構(gòu)成較為完整的運(yùn)動(dòng)鏈,確保頭部可進(jìn)行旋轉(zhuǎn)點(diǎn)頭運(yùn)動(dòng)。在交通事故過程中,頸部與頭部會(huì)產(chǎn)生慣性運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致不同的傷害,主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)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(cè)試)中主要是根據(jù)積累曲線對(duì)頸部剪切力與張力進(jìn)行有效評(píng)價(jià)。

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(zhǎng)期傷殘,一般情況下受傷者會(huì)在一段時(shí)間內(nèi)很快死亡或者痊愈。在車輛碰撞過程中,人體胸部會(huì)受到較多的壓力,且受力過程相對(duì)比較復(fù)雜,不但受到安全帶拉力,還會(huì)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(shí)驗(yàn)過程中,引起下肢損傷的機(jī)理相對(duì)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(biāo)主要有TI、FFC以及TCFC等,其中FFC用以評(píng)估股骨損傷,TI以及TCFC均為脛骨的損傷指標(biāo)。FFC以及TCFC指標(biāo)均是在長(zhǎng)骨所承受軸向載荷的基礎(chǔ)上計(jì)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(yùn)動(dòng)過程

假人在正面碰撞的運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng),并降至為零,經(jīng)過反彈,最后處于靜止。

2.2車身安全結(jié)構(gòu)

在設(shè)計(jì)過程中車身結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)會(huì)接受較大的動(dòng)能,以此為車輛內(nèi)部提供一定的剛性。其中車身結(jié)構(gòu)的抗撞性主要體現(xiàn)在車身結(jié)構(gòu)承受碰撞的能力,碰撞能量的吸收以及產(chǎn)生碰撞波形等能力。車身安全結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1車身安全結(jié)構(gòu)

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(biāo)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(yùn)動(dòng)影響的物理量,運(yùn)動(dòng)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(duì)較小。

2.4安全帶

在正面碰撞過程中,安全帶會(huì)束縛乘員的運(yùn)動(dòng)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(chǔ)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(xiǎn)。由此可以看出,安全帶起到了較好的緩沖作用,但是會(huì)對(duì)乘員頭部以及頸部產(chǎn)生不同程度的影響。為了提高車輛安全性,需要安裝預(yù)警器與限力器裝置,以有效避免對(duì)一些部位的傷害。安全帶預(yù)緊及限力動(dòng)作如圖2所示[2]。

圖2安全帶預(yù)緊及限力動(dòng)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(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生直接碰撞,以此達(dá)到降低傷害的目的。此外,安全氣囊在防護(hù)過程中,是一個(gè)瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)過程,要求在一定空間內(nèi)以某個(gè)強(qiáng)度展開,這在一定程度上表明了也會(huì)對(duì)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(shí)間等。

3改進(jìn)分析及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

3.1第一次碰撞實(shí)驗(yàn)

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

3.2第二次碰撞實(shí)驗(yàn)

在第二次碰撞實(shí)驗(yàn)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(dá)到滿分,但是頭部加速度依然相對(duì)較大。頸部NIC與壓縮彎矩處于高分限值之內(nèi),胸部加速度指標(biāo)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(guān)系,腿部壓縮力也明顯改善。在車身結(jié)構(gòu)沒有改變的情況下,安全氣囊能夠?qū)Τ藛T頭部進(jìn)行全面的保護(hù)。

3.3滑車實(shí)驗(yàn)

滑車實(shí)驗(yàn)是一種較為重要的實(shí)驗(yàn)方法,以便對(duì)零部件進(jìn)行改進(jìn)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(jìn)行實(shí)驗(yàn),以此對(duì)車輛碰撞波形進(jìn)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(shí)間與成本。

4結(jié)語

車輛耐撞性能主導(dǎo)著假人在碰撞中的響應(yīng)特性,并且在約束系統(tǒng)基礎(chǔ)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?qū)ε鲎材芰窟M(jìn)行有效分配;配備安全帶時(shí),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(duì)約束系統(tǒng)特性進(jìn)行改進(jìn),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。