卢静 郑颢 刘玉云 王玉超 欧阳俊

（广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院）

4 约束系统对乘员损伤的影响

4.1 安全带对乘员损伤的影响

图8示出侧面柱碰撞中安全带仿真分析模型。基于图2，文章研究了安全带对乘员损伤的影响，如图9所示。从图9 可以发现，在有安全带的作用下，乘员损伤整体降低；对乘员胸部上肋骨影响最大，压缩量从57 mm 降低到52 mm，降低幅度为8.8%。可以认为安全带对乘员损伤有一定影响，但影响较小。

图8 侧面柱碰撞中安全带仿真分析模型

图9 侧面柱碰撞中安全带对乘员损伤的影响对比

4.2 安全气囊对乘员损伤的影响

基于图8b，以“不触底前提下刚度尽可能小”为基本原则，分析了安全气囊刚度对乘员损伤的影响，分析结果，如图10所示。从图10 可以发现，刚度缩放80%后，乘员损伤整体降低明显，其中对乘员腹部上肋骨影响最大，压缩量从57 mm 降低到43 mm，降低幅度为24.6%；可以认为安全气囊对乘员损伤影响大。

图10 侧面柱碰撞中不同安全气囊刚度下的乘员损伤对比

5 柱碰乘员损伤机理

根据车体结构和约束系统对乘员损伤影响的评价结果，车体刚度及车体质量对乘员损伤的影响较小，安全带对乘员损伤的影响约为8.8%，安全气囊对乘员损伤的影响约为24.6%。在影响因素中，安全气囊是最主要的设计因素，安全带可起到较小影响，车体质量和车体刚度的影响较轻微，主要原因是在侧向碰撞中，座椅和安全带对乘员的约束作用较小，在碰撞发生时，乘员处于一个接近完全自由的状态，直到乘员与展开的侧面安全气囊接触，并受到侧面安全气囊的保护作用，同时在侧面柱碰撞中，车门与刚性柱接触的前10 ms 内已完成变形，如图4所示，所以侧面安全气囊完全展开时，一侧受到乘员的挤压，另一侧与完成变形的车门直接接触，在整个柱碰撞过程中，对乘员起到吸能作用的只有侧面安全气囊和门饰板。在进行设计时，需要保证安全气囊展开所需的初始空间，尽量提前侧面安全气囊的点爆时间。

6 双腔侧面气囊的保护研究

根据4.2 节的分析结果，腹部损伤满足US-NCAP中不扣分的要求，胸部损伤在上限值与下限值之间，处于中等偏下水平；胸部损伤仍然是重点失分项，与US-NCAP 数据库中结果一致。为进一步优化乘员胸部损伤，文章提出了一种双腔侧面气囊来满足乘员胸腹部和髋部对侧面气囊不同的刚度需求，如图11所示。图12 示出侧面柱碰撞中双腔气囊与单腔气囊压力对比。图13 示出侧面柱碰撞中单腔体与双腔体气囊下乘员损伤对比。

图11 双腔气囊与单腔气囊对比

图12 侧面柱碰撞中双腔气囊与单腔气囊压力对比

图13 侧面柱碰撞中单腔体与双腔体气囊下乘员损伤对比

从图12 和图13 中可以看出，相比于单腔气囊，使用双腔气囊后，上腔体气囊压力在胸部肋骨位移峰值出现时刻（20～40 ms）明显降低，对应着胸部上、中肋骨压缩量分别降低19.4%和24.3%；下腔体气囊压力在乘员髋部与气囊接触之后，一致高于单腔体气囊，说明增加了对髋部的支撑约束，有利于腹部肋骨压缩量的降低，腹部上、下肋骨压缩量分别降低11.8%和23.5%；使用双腔体气囊后，胸部上、中、下肋骨位移量分别为29，28，30 mm，接近US_NCAP 中规定的上限值（27 mm）。

7 结论

1）欧洲EURO-NCAP、美国FMVSS214 和US-NCAP 分别提出了对侧面柱碰撞工况的考察。与EURO-NCAP 法规相比，FMVSS214 和US-NCAP 法规考察工况更为恶劣；目前中国法规还没有对侧面柱碰撞工况展开考察，有必要提前开展侧面柱碰撞保护机理研究。

2）在侧面柱碰撞乘员保护中，车体刚度和车体质量对乘员损伤影响小；安全带对乘员损伤有一定影响；安全气囊和侧面门饰板对乘员损伤影响大。侧面柱碰撞的乘员保护与结构设计关联性小，更多的是与约束系统的设计相关。

3）侧面柱碰撞的乘员保护主要依靠侧面安全气囊和门饰板，在进行安全气囊设计时，需要保证安全气囊展开所需的初始空间，同时应尽量提前侧面安全气囊的点爆时间。

4）在侧面柱碰中采用双腔气囊可以更好地满足乘员胸腹部及髋部对侧面安全气囊的不同刚度需求，让乘员胸腹部损伤得到进一步优化，满足US-NCAP 法规中乘员胸腹部位移接近不扣分的要求。