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汽车侧面碰撞假人应用分析

发布时间:2015-07-10 09:37

制定汽车侧面碰撞法规的目地是为了降低在侧碰事故中乘员受重伤和致命伤害的风险,根据法规试验过程中测得的假人加速度,规定汽车的抗撞性能要求、侧门加强要求和其它要求,以提高汽车侧面碰撞安全性。由于汽车事故给人类造成巨大的损失,世界上各汽车工业发达国家都相应地建立法规,对汽车的碰撞安全性做出了强制要求。但总的说来,有代表性的汽车安全技术法规有3大体系,即美国、欧洲及日本技术法规体系,各个体系有不同的特点。

汽车侧面碰撞假人分类
汽车碰撞假人大多采用金属与塑料制作,其胸腔是钢制的,肩胛骨是铝制的,盆骨是塑料的,模拟人不仅具有和真人一样的外形和内脏,还有复杂的脊柱、肋骨和合成肌肉。在假人的身体上,遍布着各种各样的传感器(大约装有60个传感器),最多可以为180多个信道提供数据,并以2 000次/s的速度刷新数据。
假人的头部:假人的头部“骨骼”由铝合金制成,外部包覆橡胶表皮,骨骼的内部是加速度传感器,用以测量假人头部在撞击过程中的横向加速度和受力情况。假人的颈部:在颈部装有传感器,用于测量碰撞中颈部所受的弯曲、剪切及拉扯力。假人胸部:胸部都由钢制的肋骨和橡胶皮肤组成,肋骨上装有可以记录肋骨变形量的传感器,可以将碰撞压力以及加速度的变化记录在案。假人的腹部和骨盆:假人在腹部和盆骨处均装有传感器,它会记录碰撞过程中腹部的受力情况,根据数据判断是否有骨折和脱臼的危险。
世界上第1个用于侧面碰撞的假人诞生于70年代晚期,由美国的密歇根大学和美国NHTSA联合开发US—SID假人(如图1),US—SID假人其实也使用了很多Hybrid—IU(正面碰撞假人)的部件,比如头部,但由于碰撞种类的不同而进行了改进。而欧洲的第1代侧面碰撞假人EuroSID—I假人(如图2)则诞生于80年代中期,在经过一系列的试验和改进之后,在90年代推出了EuroSID—I假人的升级型号,也就是EuroNCAP现在所使用的EuroSID一11假人(ES一2)(如图3)。GM公司在90年代还推出过一种叫做BioSID的假人(如图4),这种假人要比US—SID以及EuroSID都要先进,但目前并未广泛使用。此外还有国际标准组织(ISO)的WorldSID,USCAR的SID一1I型假人。

汽车侧面碰撞假人分析
美国和欧洲在侧面碰撞试验中所用的侧面碰撞假人分别为US—SID假人和EuroSID—I假人。2个假人都是模拟50百分位乘员男性的。虽然二者都是在Hybrid—III(正面碰撞假人)的基础上进行并采用了Hybrid—III的一些部件,但它们在构造上存在很大差异。由于这2种假人构造上的差异导致二者在碰撞伤害值评定方面不一样。美国是以假人胸部加速度为基础的,欧洲EuroSID—I是以胸部变形的大小评价的。欧洲EuroSID—I假人较符合中国的人体特征,故我国现在进行侧面碰撞试验时采用的侧面碰撞假人都是欧洲的EuroSID—I假人。除美国,绝大多数国家都采用欧洲的侧面碰撞假人。目前侧面碰撞用假人的体态特征主要是通过西方国家的人体特征来模拟的,而且我国采用的试验假人也都是进口的,这里面有一个全球标准统一的问题。
其实从开始开发EuroSID—I那时起,世界范围内对侧面碰撞试验用假人的讨论和研究工作就未曾停止过。问题主要集中在:1)侧面碰撞假人的统一问题,要求一个能基本反映全球不同人种特征的全世界通用的侧面碰撞假人,从而能够减少汽车和约束系统制造厂家为满足不同国家不同法规要求而支出的开发成本;2)假人的仿生性,现有的侧面碰撞假人在受撞击后的响应数据与真人有多少类似之处,采用哪些生物力学数据来评价假人的仿生性;3)如何将假人在碰撞试验时的响应转化成伤害风险,以详细说明汽车或约束系统的安全性能。在各国开展讨论和研究的同时,经过对EuroSID—I的使用,许多用户发现EuroSID—I的机械结构方面存在以下缺点:1)肋骨位移曲线出现“平顶”现象,无法达到其规定的量程;2)突出的背板容易嵌入座椅靠背;3)骨盆内塑料制的髂骨易弯曲变形;4)大腿与耻骨负荷传感器发生接触;5)锁骨与肩总成捆绑在一起;6)腰脊柱发出声响;7)因膝盖之间的碰撞导致耻骨负荷传感器波形出现尖峰。同时,用户还提出对腹部传感器的更新,并认为腹部和骨盆的标定试验要求太高。
EuroSID—I用户提出的这些问题和建议迫使EEVC对EuroSID—I假人进行改进,作为由EEVC资助的SID一2000计划的一部分,欧洲从1998年起开始Es一2的研制开发。2000年1月,Es一2由英、美、欧的FTSS公司联合生产组装成功,并通过了相应的检测试验,开始在欧、美及日等国家试用,使用结果表明其性能优于EuroSID—I。从2002年的国际标准化会议获悉,(EuroSID—11)ES一2已经得到欧洲国家的承认,拟写入EEC指令和ECE法规,从而替代EuroSID—I。而美国和日本也同意先试用一段时间再做决定,所以,ES一2将有可能成为第1个临时性的世界侧面碰撞假人。
从长远的角度看,下一代侧面碰撞假人将是由ISO/TC22/SCl2/WG5负责开发研制的WorldSID,这也是一个50 th百分位的男性侧面碰撞假人,如图6所示,体重76.7 kg,数据通道将多达200个左右,它是有史以来感觉最灵敏的汽车侧面碰撞试验假人,遍布它全身上下的212个传感器和记忆芯片能以1 000次/s的超高频率记录下碰撞瞬间发生的一切。与传统假人不同,它的人造骨骼和器官能在发生碰撞时像真人器官一样发生弯曲和反弹,从而真实地模拟出擦伤、肋骨折断、脾脏和肝脏破裂等伤害情况。这是第1款得到美国和欧洲权威碰撞试验机构认可的假人,能为汽车制造商节省数10亿美元的研发费用,也能唤起全球汽车公司对安全的重视。它将取代目前的欧洲侧面碰撞假人。
WorldSID研制计划是要开发一个新的、在世界范围使用的及代表先进技术的侧面碰撞假人。制定该计划的动机有二方面:一是在对侧面碰撞中假人响应进一步了解的基础上设计出更先进的侧面碰撞假人,为改善汽车对乘员的保护提供更多的措施;二是通过世界假人可以避免不同地区使用不同的假人。该项目由ISO组织发起,得到了世界各国政府、汽车制造商和供应商们的支持,同时,EEVC的SID一2000计划的研究成果及与IHRA生物力学和侧碰工作组的合作确保了WorldSID计划的顺利进行,2007年整个WoHdSID开发工作已经完成,不久将在全世界范围内得到应用。
对于侧面碰撞假人而言,侧面碰撞假人的生物拟合性好坏直接关系到汽车侧面碰撞安全性能否得到正确评估,从而也关系到乘员或行人生命财产能否得到有效保护。表2为国际标准化组织关于假人生物拟合性等级的评定范围。表3为侧面碰撞假人生物拟合性的比较表。
从表2和表3可以看出WorldSID侧面碰撞假人的生物拟合性达到优级别,是今后世界各国将普遍采用的通用标准假人,这对于今后世界各国汽车侧面安全性研究提供了一个统一的评定标准。


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