基于C-NCAP中MPDB试验对Hybrid Ⅲ 5百分位假人的伤害分析

张倩　王友俊

摘 要：正面50%重叠移动渐进变形壁障（MPDB）工况是源于不同类型车辆碰撞相容性的研究，本文针对MPDB试验中的Hybrid Ⅲ5 百分位假人在碰撞试验中受到的损伤进行研究。通过对比汽车副驾位置的Hybrid Ⅲ5 百分位假人和驾驶员后排位置的Hybrid Ⅲ5 百分位假人的头颈，胸腹部，大腿、骨盆等身体部位的伤害值，分析Hybrid Ⅲ5假人在车辆不同位置的损伤情况。结果表明，Hybrid Ⅲ5假人在副驾位置时比在主驾后排位置时受到的损伤较小，尤其是其头部HIC值和头部合成加速度方面。

关键詞：C-NCAP MPDB Hybrid Ⅲ5 百分位假人 假人伤害

1 前言

由车辆安全引起的交通事故给社会带来了非常严重的经济损失，甚至每年造成数百万人在事故中丧生。因此，汽车碰撞安全已成为世界汽车工业必须关注的关键问题。提高汽车的安全性能是保护交通事故中乘员生命财产安全的重要途径。在汽车的安全性能中，汽车碰撞的安全性和车内成员的安全尤为重要。此外，由于纯电动汽车和混合动力汽车的设计和数量越来越多，而这方面的虚拟或真实车辆碰撞实验相对较少，因此对电动汽车对碰撞实验的需求也在逐步增加[1]。自2010年以来，德国全德汽车俱乐部（ADAC）继续开展车辆碰撞试验研究。通过对交通事故的分析研究，推出了一种新型的MPDB车辆对车辆碰撞试验，增加了新的车辆攻击性评价指标。通过壁障均匀性指标SD、台车乘员载荷指标OLC和蜂窝铝击穿情况来综合判定车辆的碰撞相容性[2]。2020年，Euro NCAP 在新车评价规程中了新增了 MPDB 工况，并增加了相容性考察指标，以罚分的形式进行评价[3]，中国汽车技术研究中心最新发布的《C-NCAP 管理规则（2021 年版）》表明，2022 年 1 月将正式取消正面 40%重叠可变形壁障（Offset Deformable Barrier， ODB）碰撞试验，增加 MPDB 碰撞试验[4]。MPDB工况主要针对车辆碰撞的相容性进行研究，与以往的碰撞测试相比，MPDB条件更能反映真实的事故现场，并且可以对不同的车辆进行重复，这有利于研究车辆碰撞兼容性[5]。

与国外的研究相比，国内对两车碰撞相容性和乘员损伤的影响起步较晚，研究的学者也比较少，东风汽车集团的袁志鹏[6]、钮嘉颖[7]、上海开元汽车的姜剑[8]和中国汽车工程研究院（重庆）的刘明[9]等人主要对 MPDB 工况下的乘员胸部受力及其他损伤进行分析，李海岩[10]等人基于 MPDB 工况下的 6 岁儿童假人的头颈部损伤进行分析，湖南大学的叶霖[11]、丁宗阳[12]，重庆理工大学的胡远志[13]，天津科技大学的焦志勇[14]、殷国松[15]等人都对SUV和轿车的碰撞相容性进行研究，并提出改进碰撞兼容性的意见。且大部分学者将研究正面 50%重叠移动渐进变形壁障（MPDB）试验时，主要将目标放在全新设计、生物逼真度更高的THOR 50百分位假人，研究移动渐进变形壁障碰撞中约束系统对其的胸部影响[8]，以及THOR 50百分位假人的损伤影响因素以及损伤情况等等，还有对两车相撞的碰撞相容性等研究，对Hybrid Ⅲ5假人的研究相对较少。本文基于C-NCAP MPDB 碰撞试验兼容性评价指标，以原有某纯电平台某车型为研究对象，通过实车试验，进一步分析其试验数据，研究分析汽车副驾位置的Hybrid Ⅲ5 百分位假人和驾驶员后排位置的Hybrid Ⅲ5 百分位假人的假人伤害，对比其身体各部位伤害值，从而进一步降低在汽车发生交通事故时车内女性成员的损伤，保护车内女性成员的生命安全。

2 正面50%重叠移动渐进变形壁障（MPDB）试验规程

2.1 MPDB工况简介

由图1可以看出试验车辆和渐进变形壁障台车的重叠度为 50%，都以 50km/h 的速度进行正面偏置对撞。在前排驾驶员位置和乘员位置分别放置一个50百分位 Thor 男性假人和一个 5 百分位 Hybrid III 女性假人，以评价该车辆约束系统对前排乘员的保护效果。在第二排最左侧和最右侧分别放置一个 5 百分位 Hybrid III 女性假人和一个 Q 系列 10 岁儿童假人，以评价该车辆约束系统对后排乘员的保护效果。试验后对壁障变形量进行测量，以评价车辆的碰撞相容性[4]。

2.2 MPDB移动渐进变形壁障介绍和MPDB 工况相容性评价方法

MPDB 移动渐进变形壁障（简称 MPDB 壁障），MPDB 壁障包括台车和前端渐进变形壁障，总重量为 1.4T，其尺寸如图2所示。

MPDB工况相容性评价指标为台车前端变形标准偏差（SD）、乘员 CH 载荷准则（OLC）、壁障侵入深度和壁障侵入高度四个评价指标。

3 Hybrid Ⅲ5 百分位假人及其评价方法

3.1 Hybrid Ⅲ5 百分位假人介绍

Hybrid III 5百分位女性假人作为真实的女性在汽车碰撞试验中的替代物，是基于第五分位成年女性特征尺寸和重量的测量研究，其头颈部、胸部、臀部、膝关节和踝关节的冲击响应是依据Hybrid III男性假人生物仿真度要求推算出来的，其身高为1.52米，体重为54公斤，如图3所示。

3.2 Hybrid Ⅲ5 百分位假人的损伤评价方法

Hybrid Ⅲ5 百分位假人评价时按照试验假人身体的三个部位进行，主要为头部，颈部以及胸部。

（1）头部

头部主要根据头部伤害评价HIC[16]以及3ms头部加速度进行评价。

其中：是模拟的初始时间；是模拟结束的时间；头部的合成加速度；和是 HIC 达到最大值的时间间隔的初始时间和最终时间。

（2）颈部

颈部的评价主要是确定颈部伸张 Fz 和颈部剪切 Fx 的峰值。进一步计算颈部伸张力矩：

式中：和——通过传感器所测值； D——传感器中心到头颈交界面的距离（SAE J1733）d=0.017

（3）胸部

胸部的评级主要根据胸部评价指标：粘性准则 VC以及胸部压缩变形的峰值。通过测量胸部压缩变形量和胸部压缩速度来求得 VC 值，即两者的乘积就是 VC 值[17]。

其中：是变形量；微分得到的变形速度，单位为 m/s；是瞬时压缩函数，即变形量和初始的躯体厚度之间的比值。

4 Hybrid Ⅲ5 百分位假人在车辆不同位置的伤害分析

在MPDB试验中副驾位置的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人和主驾后排的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人的评价相同，但其假人得分存在差异，说明不同位置的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人在MPDB试验中其头部、颈部以及胸部受到的伤害不同，其受到的力以及其加速度不同。本文将通过对比副驾和主驾后排的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人的头部、颈部、胸部、骨盆以及大腿的伤害值，进一步判断车内位置不同对女性假人的影响。

4.1 头部伤害对比

通过对比副驾Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人和主驾后排的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人的头部合成加速度，如图4所示，进一步得到Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人的头部HIC。

由图4可以看出，副驾Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人的头部加速度峰值为35.78g，而主驾后排的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人的头部加速度峰值为58.35g，二者的头部加速度均未超过C-NCAP MPDB的頭部评分范围，但副驾Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人的头部HIC值低于主驾后排Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人的头部HIC，且副驾Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人头部得分高于主驾后排Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人，主要是副驾Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人在安全带以及安全气囊的保护下，其头部在碰撞下的加速度较低，而主驾后排Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人在碰撞过程中躯干弯曲较大，头部的加速度波动较大，因此受到的损伤较多。

4.2 颈部伤害对比

颈部的C-NCAP MPDB评分主要与颈部的Fx、Fy和My有关，本文通过对比副驾Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人和主驾后排的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人的颈部Fx、Fy和My，如图5-7所示，进一步分析不同位置Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人的颈部伤害。

通过图5可以看出副驾的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人的颈部Fx峰值为0.42kN，而主驾后排Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人的颈部Fx峰值为1.06kN，说明在碰撞过程中副驾的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人在X方向受到的力大于主驾后排Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人。

由图6可以发现，副驾的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人的颈部Fz峰值为0.66kN，而主驾后排Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人的颈部Fz峰值为1.81kN。在整个碰撞过程中副驾的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人在Z方向受到的力大于主驾后排Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人，且主驾后排Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人的颈部Fz评价得分较低，有扣分现象。

由图7分析发现副驾的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人的颈部My峰值略低于主驾后排Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人的颈部My峰值，二者相差不大。因此，在整个试验过程中，副驾的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人和主驾后排Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人的颈部的伤害主要来自X向和Z向，而副驾的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人由于安全带和安全的气囊的保护，其颈部受到的伤害较小。

4.3 胸部伤害对比

Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人的胸部评分主要与其胸部压缩变形量有关，本文通过对比副驾Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人和主驾后排的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人的胸部合成加速度以及胸部位移，如图8和图9所示，进一步分析对比不同位置的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人的胸部损伤。

由图8和图9可以看出，副驾的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人的胸部合成加速度略低于主驾后排Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人的胸部合成加速度，二者的胸部偏移量均在21.7mm左右，说明在安全带的保护作用下，副驾的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人和主驾后排Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人的胸部损伤差距不大，但安全带还是对二者胸部造成了一定损伤，在胸部得分方面，有扣分现象。

4.4 骨盆伤害对比

本文为了分析不同位置的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人的伤害，进一步分析了Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人的骨盆合成加速度，如图10所示。

通过图10可以发现，副驾的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人和主驾后排的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人在出现第一次峰值时，副驾的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人骨盆加速度高于后排女性Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人的骨盆加速度，在第二次峰值出现时，副驾的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人骨盆加速度低于后排女性Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人的骨盆加速度，在受到剧烈撞击时，腰带对骨盆起到了保护作用，但主驾后排Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人上躯干运动较为剧烈，带动骨盆的合成加速度增大。

4.5 大腿伤害对比

本文通过对比Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人的左右大腿力，如图11和图12所示，进一步分析不同位置Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人的腿部伤害。

由图11和图12可以发现，副驾的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人的左大腿力及右大腿力均高于主驾后排的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人的左大腿力及右大腿力，在碰撞过程中，主驾后排的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人整个躯干前倾，腿部也向前运动，其腿部的运动较大，因此主驾后排Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人的左大腿力及右大腿力较高。

通过C-NCAP MPDB的假人评分规程，可以发现，副驾的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人的评分为11.382，主驾后排的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人的评分为3.445，主驾后排的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人得分较低。

5 结论

本文通过对比副驾的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人和主驾后排的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人的头部、颈部、胸部、骨盆以及腿部的伤害值，进一步分析Hybrid Ⅲ5假人在车辆不同位置的损伤情况。分析发现如下：

（1）在头部损伤方面，主驾后排的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人的头部加速度及头部HIC值均高于副驾的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人。

（2）在颈部损伤方面，主驾后排的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人颈部的Fx和Fy相比于副驾的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人的颈部Fx和Fy的较大，而主驾后排的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人和副驾的颈部My相差不大。

（3）在胸部损伤方面，主驾后排的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人和副驾的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人的胸部压缩偏移量较为相近。

（4）通过对比骨盆合成加速度以及左右大腿力，主驾后排的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人的高于和副驾的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人。

综上所述，主驾后排的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人在整个碰撞过程中的伤害较高于副驾的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人，需要进一步减小对主驾后排的Hybrid Ⅲ5 百分位女性假人的损伤。

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