汽车碰撞中影响假人膝部滑移量的因素分析

龚 禹

华晨汽车工程研究院（沈阳 110034）

随着汽车安全技术的提高，正面碰撞中乘员上肢受到严重伤害的概率明显降低，乘员下肢的伤害问题随之显现出来，假人膝部滑移量是评判100%正面碰撞和 40%偏置碰撞中人体大腿损伤的重要性能指标之一，目前的 C-NCAP也要求在前碰撞中对假人膝部滑移量进行评价，相对于大腿压缩力，膝部滑移量更易造成大腿失分。对于各类小型乘用车， 有限的腿部运动空间和碰撞中的减速曲线导致腿部失分增多。本文基于X项目对假人的膝部滑移量影响因素进行分析，并应用 MADYMO分析工具进行基础碰撞分析，以发现各种因素对膝部滑移量的影响效果，在此基础上提出了降低膝部滑移量的工程更改方法，并在实车碰撞中进行了优化验证。

碰撞试验数据显示大腿部位的得分与目标值存在一定的差距，突出问题为膝部滑移量偏大，分析其原因有二，①在现有膝部空间已定的前提下，雨伞盒造型、雨伞盒支架及其支架前方风机布置，导致小腿在碰撞中受力偏大，导致失分；②座椅的系统刚度较小，导致在碰撞中假人出现下潜姿态，导致膝部滑移量增大导致失分。从膝部滑移量伤害机理，针对于雨伞盒造型、支架以及座椅系统刚度进行 MADYMO仿真、分析及优化，提出工程解决方案并在实车验证中得以验证。

人体膝部韧带和肌腱受到过度拉伸会拉伤或撕裂，最大位移伤害准则应用在该部位，该准则主要针对在碰撞中膝盖和小腿上部与护膝板的作用，作用力导致小腿上部与大腿出现相对剪切运动，此运动对膝盖位置的十字交叉韧带产生拉伸作用，可能会导致韧带受损或撕裂，为了仿真模拟伤害机制，使用橡胶块来控制膝盖滑移特性，使用线性电位计来测量膝部滑移量，在MADYMO软件中，模拟小腿与大腿相对运动所使用的铰为转动滑移铰。

通过分析人体膝部结构，了解试验用HybridⅢ50%假人膝部传感器工作原理，从而明确影响膝部滑移量的条件，通过使用 MADYMO假人膝部滑移量仿真，分析出当前影响膝部滑移量的原因，从而明确优化目标。

座椅系统的刚度会影响碰撞中假人的运动姿态，刚度偏小会使假人出现下潜运动姿态，往往会造成膝部滑移量增大，采用CAE仿真进行座椅系统刚度对假人右腿膝部滑移量影响分析，仿真中通过对座椅坐垫的刚度进行缩放以对座椅系统刚度进行调整，座椅在碰撞过程中的整体下塌运动等均以此为代表。

当座椅系统刚度较小时，假人同一时刻出现下潜姿态，从而导致膝部位移量出现增大趋势。

由台车试验可以看到，当采用较弱的座椅结构时候，座椅下塌较为严重，座椅结构较强，下塌量相对较小，为了得到数据支持，在座椅加强前后通过采集坐盆不同位置的加速度，加以积分得到位移，从而获得以下位移比较，前端的传感器所采集得到的位移在座椅加强前后并无明显区别。

由仿真分析结果可知，下塌较大时其膝部滑移量较大，加强后的座椅对膝部滑移量减小有很大好处。

通过仿真结果和实车试验数据可知，仪表板下护板的造型及内部结构对假人膝部滑移量有很重要的影响，当采用较强的雨伞盒支架或雨伞盒造型会导致假人有较大的膝部滑移量；同时，座椅系统刚度会影响假人在碰撞中的运动姿态，进而影响假人的膝部滑移量，所以控制假人小腿前方空间及仪表板下护板的造型和刚度以及座椅系统刚度会对假人膝部滑移量有较好的控制。

[1]RogerP.Danie,Dearbor,Mich.FORCE-INDICATINGDU MMYLEGS:US,288,873[P/OL].1987(7).