基于THUMS人体模型的小重叠碰撞分析

崔东，鲁爽，祁志楠

（中国汽车技术研究中心，天津 300300）

基于THUMS人体模型的小重叠碰撞分析

崔东，鲁爽，祁志楠

（中国汽车技术研究中心，天津 300300）

借助THUMS人体模型，建立了某SUV车型的小重叠碰有限元分析模型。由于车体与壁障重叠率较小，车身结构变形严重，该车结构评级为Poor。借助THUMS人体模型评估了驾驶员伤害情况，得出了驾驶员颅脑产生风险的可行性较小，驾驶员肋骨会产生骨折，心脏及肺部会受到严重损伤，肝脏会产生轻微损伤的结论。

小重叠碰撞；THUMS人体模型；有限元

CLC NO.:U467.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)08-110-03

前言

美国IIHS于2012年发布了25%小重叠碰撞(以下简称为小重叠碰)。小重叠碰主要用于模拟重叠率更低的交通事故[1]。由于车体与刚性壁障重叠率较低，车体的A柱、门槛等关键部位的变形更加恶劣，对车身的安全性要求更高，对车身结构的耐撞性提出了更加苛刻的要求。

小重叠碰发生时，车身会有较大的转动，会导致车内人体头部无法撞击到气囊中部，导致气囊保护效果变差。文献2-3，对比评估了小重叠工况下的假人伤害情况，小重叠工况车内乘员易受到更严重伤害[2-3]。

目前在正面碰撞分析应用的假人为Hybrid III型假人，Hybrid III假人通过内置的各种传感器，采集碰撞中的相关传感器信息，后期通过公式拟合来评估人体的损伤，具有一定的局限性。THUMS模型是在人体解剖学的基础上，对人体内部结构组织进行模拟的生物力学有限元模型，THUMS人体模型能够准确评价碰撞中车内乘员各部位的伤害情况[4]。

图1 25%小重叠碰撞试验示意图

本文通建立了某SUV车型的整车有限元模型，用该整车模型及THUMS人体模型进行了小重叠碰撞分析，并依据IIHS重叠法规对车身结构进行了评级，并评估了THUMS人体模型的损伤情况。

1、某SUV有限元模型搭建

本文建立了某SUV的整车有限元模型，并导入THUMS人体模型，建立小重叠碰撞碰撞工况的整车碰撞模型，如图2所示。其中THUMS人体模型以及主驾安全气囊模型如图3、图4所示。

图2 整车碰撞有限元模型

图3 THUMS人体模型

图4 主驾安全气囊模型

2、小重叠碰撞仿真分析

2.1 整车结构评级

对SUV车型小重叠工况仿真分析，其左侧B柱加速度如图5所示。加速区峰值较高，达50g。

图5 左侧B柱加速度曲线

其关键结构变形如图6所示。由于车体与壁障重叠率较低，纵梁未变形吸能，导致、A柱、门槛变形严重，乘员空间严重压缩。

图6 关键结构变形图

按照IIHS 小重叠法规，相关位置的车体入侵了如表1所示。该车乘员舱总体入侵较大，结构评级为Poor。

表1 小重叠碰撞侵入量(cm)与评级情况

2.2 乘员伤害评价

由于该车乘员舱变形严重，驾驶员受到严重挤压。在100ms时，THUMS人体模型姿态如图7所示。由于小重叠碰撞车体旋转较大，头部未接触到气囊中心区域，而是向左滑出，气囊保护效果欠佳。人体模型胸部受到安全带的拉紧里，产生严重凹陷。

图7 100ms THUMS人体模型姿态

文献5指出，颅内压力大于235kPa，会导致大脑严重损伤，颅内压力介于173-235kPa之间，大脑会发生中等程度伤害，颅内压力低于173kPa会发生轻微伤害或者无伤害[5]；THUMS人体模型颅脑压力峰值为105.5kPa，如图8所示，颅脑产生风险的可行性不大。

图8 颅脑压力

THUMS人体模型胸腔伤害如图8所示。文献6指出，当肋骨应变率超过1.7%时，肋骨可能会发生骨折[6]；文献7指出，当胸部压力达到170kPa时，会造成心脏损伤；当胸部压力达到16kPa时，会引起肺部损伤；当胸部压力达到251kPa时，会造成肝脏损伤[7]。结合上述研究与THUMS人体模型仿真结果，THUMS人体模型胸腔各部位伤害结果如表2所示。

通过仿真分析，该车在小重叠碰撞的工况下，驾驶员肋骨会产生骨折，心脏及肺部会受到严重损伤，肝脏会产生轻微损伤。

图8 胸腔伤害

表2 THUMS人体模型胸部损伤评价标准及伤害

3、结论

借助THUMS人体模型建立了某SUV车型小重叠碰撞有限元模型，并进行了小重叠碰仿真分析。由于小重叠碰车体与刚性壁障重叠率较低，车身A柱、门槛变形严重，乘员舱入侵严重，按照IIHS 小重叠标准，车身结构评价为Poor。小重叠碰由于车体有较大旋转，驾驶员头部与安全气囊接触姿态较差；由于受到气囊保护，驾驶员颅脑压力较小，颅脑产生风险的可行性不大。由于转向管柱跳动，以及安全带的作用力，驾驶员肋骨会产生骨折，心脏及肺部会受到严重损伤，肝脏会产生轻微损伤。

[1] 王翼, 杨桃. 车辆小重叠探讨[J]. 汽车工程师, 2014, 10: 13-15.

[2] 陈可明, 胡丽娟, 胡晏殊. 国内某车型小偏置正面碰撞的全面评估[J]. 汽车安全与节能学报, 2013, 4(1) :27-34.

[3] 曹立波, 张萍, 颜凌波, 等. 在车对车碰撞条件下轿车斜角碰撞及小重叠碰撞的驾驶员损伤研究[J]. 汽车工程, 2016, 2: 174-180.

[4] 高继东, 祁志楠, 谢书港, 等. 基于THUMS人体模型的正撞乘员伤害研究[J]. 汽车工程, 2016, 38(8):947-954.

[5] Ward C C, Chan M, Nahum A M. Intracranial pressure-A brain injury criterion [J]. 1980, SAE 801304.

[6] 崔家仲,谭宗柒,张建国. 骨的力学特性[J]. 中医正骨, 2004, 16(6): 16-17.

[7] Ruan J, El-Jawahri R, Chai L, et al. Prediction and analysis of human thoracic impact responses and injuries in cadaver impacts using a full human body finite element model[J]. Stapp car crash journal, 2003, 47: 299-321.

Study on the Small overlap crash Based on the THUMS Human model

Cui Dong, Lu Shuang, Qi Zhinan
( China Automotive Technology and Research Center, Tianjin 300300 )

This paper used THUMS human model to establish the small overlap crash finite element model of a SUV. The overlap rate between the vehicle body and the wall was small, the structure of the car body was seriously deformed, the vehicle structure got the Poor rate. The paper used THUMS human model to evaluate driver injury, the feasibility of the driver's brain risk was small, The driver's rib fracture, the heart and lungs will be severely damaged, the liver will produce minor damage.

small overlap crash; THUMS human model; finite element

U467.3

A

1671-7988 (2017)08-110-03

崔东，男，工程师，就职于中国汽车技术研究中心汽车工程研究院。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.08.037