朱晓勇 陈亚依 丁冉冉 周鹏

摘 要：为深入了解WorldSID 50th假人整体式和分体式胸部垫片结构性能的差异，在相同冲击工况下分别对配备两种垫片的WorldSID 50th假人的胸部和腹部进行冲击，分析假人各部位的响应特性。结果表明：在相同冲击条件下，配备分体式垫片的假人所受到的冲击力较小，所产生的胸腹部位移较大，使假人的受力响应更集中于受力的区域附近，力及加速度的传递方面会有所削弱，但总体的差异不大。此研究中针对WorldSID 50th假人整体式和分体式垫片在相同冲击工况下的研究和分析，为后期WorldSID 50th假人胸部垫片的改良和选择提供了基础，具有一定的指导意义。

关键词：汽车安全;WorldSID 50th;假人标定;胸部垫片

Abstract： In order to deeply understand the difference of structural performance between 1-piece pad and split pad of the WorldSID 50th dummy， the thorax of the WorldSID 50th dummy equipped with two kinds of pads were impacted respectively under the same impact condition， and the response characteristics of various parts of the dummy were analyzed. The results show that under the same impact condition， the dummy equipped with 1-piecepad receives less impact force and produces larger thorax and abdomendisplacement， which makes the stress response of the dummy more concentrated in the vicinity of the stress area and weakens the transmission of force and acceleration， but the overall difference is not big. The research and analysis of the 1-piece pad and split pad of the WorldSID 50th dummy under the same impact conditions provide a basis for the laterimprovement and selection of it， and have some guiding significance.

Keywords： Car Safety; WorldSID 50th; Dummy Calibration; Thorax Pad

前言

1 研究背景介紹

1.1 WorldSID 50th假人的研究意义

在碰撞试验中，碰撞假人是一件重要且易损的工具。由于碰撞假人造价高昂，碰撞过程中假人配件的损坏具有不可控性，而配件购买周期较长。因此，在不影响假人性能的情况下改良易损件，降低假人易损件在碰撞过程中的损坏概率对降低碰撞试验的成本，提高假人的使用效率有着极其重要的意义。

2015年，欧盟新车认证程序/中心（European New Car Assessment Programme，Euro-NCAP）的侧面可移动变形壁障碰撞工况和斜柱撞都采用了WorldSID 50th假人[1][2]。中国新车评价规程（China New Car Assessment Program，C- NCAP）自2018版开始，其中的可变形移动壁障侧面碰撞工况也采用了WorldSID 50th假人[3]。而由国内安全标准委员会最新制定的2019版侧面柱碰撞的乘员保护推荐性标准法规，也采用WorldSID 50th假人与ES-2re假人来进行侧面柱碰撞的伤害评价[4]。由此可见，WorldSID 50th假人的应用已成为国内碰撞安全项目开发试验中的必不可少的内容。

1.2 WorldSID 50th假人胸部垫片研究背景

为了降低WorldSID 50th假人易损件——假人胸部垫片在碰撞过程中的损坏概率，降低碰撞试验的成本，提高假人的使用效率，NHTSA提出了对分体式垫片的研究，并进行了推荐。本研究为了深入了解WorldSID 50th假人整体式和分体式胸部垫片性能结构的差异，收集了NHTSA做的相关试验数据。对这些数据进行规律性分析，直观地显示出两种海绵垫片对假人响应的影响。

2 WorldSID 50th假人整体式和分体式垫片的优缺点

WorldSID 50th假人的发展历史可以追溯到1997年，他的设计目标是提高碰撞中应用的假人的仿真等级。而在碰撞过程中，WorldSID 50th假人的部分部件相对其他假人较易损坏，其中就有假人胸部垫片。

现在WorldSID 50th假人厂家标配的胸部垫片都是整体式的，如图1所示，这种整体式垫片的特点是在整块垫片的两侧各开了四个孔供塑料搭扣通过这些孔将其固定到假人身上。优点是：整体式垫片对碰撞力的传导效果更好，更贴合人体的情况，仿真程度更高。它的缺点也很明显，由于它是整体式的，在碰撞过程中由于假人肋骨间的独立移动，极易在肋骨间产生撕裂伤，如图1所示。而两侧孔的位置也容易因拉扯而裂开，对它的使用产生影响。分体式垫片，如图1所示，它的特点是一块块分别与肋骨粘合，将肋骨间的位移空间留出，避免了因位移造成的垫片的撕裂，而取消了垫片两侧开孔也能避免因孔位撕裂而造成的垫片损伤。

3 试验大纲介绍

本文的比对试验数据由NHTSA提供[5]。在此次比对试验中，研究内容主要分两部分：一部分研究在相同冲击工况下配备不同种类胸部垫片的假人各部位的响应特性，另一部分研究分体式垫片在碰撞过程中响应的一致性情况。

本次比对试验主要从假人的标定工况着手，在相同冲击工况下，根据配备不同种类胸部垫片假人的各部位响应特性来深入分析整体式和分体式胸部垫片对假人响应特性的影响。

假人的标定是指假人用于整车碰撞试验之前，需对假人的各个部位通过指定的试验方法，考察它们在规定试验条件下内部传感器测得的加速度，力值和位移变形量是否在设计值范围内。只有所有标定的参数保持在设计范围内的假人才可以用于整车碰撞试验[6]。

NHTSA利用摆锤冲击标定试验，对WorldSID 50th假人的胸部和腹部进行冲击，试验分两个对照组，分别为配备整体式垫片和分体式垫片的假人。胸部冲击试验时的摆锤速度为4.30m/s，室内温度在21.1°到21.8°之间，室内湿度在26.3%到38.6%之间。腹部冲击试验时的摆锤速度为4.31m/s，室内温度在20.6°到21.4°之间，室内湿度在24.4%到30.3%之间。试验时采集摆锤的速度，摆锤力峰值，胸部和腹部肋骨的最大位移，假人T4和T12区域Y向的最大加速度。

4 关于整体式和分体式胸部垫片比对试验的数据比较

鉴于胸部垫片的安装位置为假人的胸部及腹部，在此仅对于侧面碰撞假人性能影响较大的胸部和腹部进行规律性分析。在标定工况的基础上，通过撞击分别安装整体式和分体式胸部垫片的假人，分析两种垫片在相同冲击工况下的响应特性，考察两种垫片对假人响应特性的影响。

4.1 胸部冲击性能

针对假人的胸部进行冲击试验时，将假人撞击侧的手臂升高到垂直位置或绑在头部侧面，以便给摆锤撞击留出更多空间。试验时采用质量为23.4kg，锤面直径为152.4mm的擺锤。当摆锤处于最低位置时，钟摆的中心线与胸部中肋骨的中心线对齐，并与假人接触[7]。试验后采集撞击过程中的冲击速度（m/s）、最大摆锤力（kN）、胸部（T1、T2、T3）的最大位移（mm）、T4和T12处的最大加速度，如图2所示。

按照上述实验方案进行6次配备整体式和6次配备分体式垫片的胸部冲击试验。分析这六组数据，胸部冲击的变异系数均在8%以内，均为有效数据。其中，变异系数为标准差与平均数的比值，在进行数据统计分析时，如果变异系数大于15%，则要考虑该数据可能不正常，应该剔除。 比较这六组数据，从下图3可以看出，整体式和分体式胸部垫片对假人响应特性的影响存在的趋势和规律如下：

（1）通过比对试验数据和假人测试要求，可以看出新型的分体式垫片能满足WorldSID 50th假人标定程序中的胸部标定的需求。

（2）在相同的胸部冲击下，配备分体式垫片的假人所受到的冲击力要小于配备整体式垫片的假人，差异在5%左右， 所产生的胸部位移响应要大于配备整体式垫片的假人，差异在6%左右。

（3）配备分体式垫片的假人受到胸部冲击时胸部位移量的一致性要优于配备整体式垫片的假人。而在T4、T12区域的最大加速度响应方面，配备整体式垫片的假人的一致性更好。

（4）在相同的胸部冲击时，配备分体式垫片的假人在T4产生对的加速度响应要大于配备整体式垫片的假人，差异在6%左右，在T12产生的加速度响应要小于配备整体式垫片的假人，差异在5%～8%左右。即分体式的海绵垫片会使假人的受力响应更集中于受力的区域附近，力及加速度的传递方面会有所削弱。

4.2 腹部冲击性能

针对假人的腹部进行冲击试验时，将假人手臂放置于水平或处于驱动姿势。试验时采用质量为23.4kg，锤面直径为152.4mm的摆锤。并在摆锤表面增加塑料块模拟车辆扶手，该扶手的中心与两个腹部肋骨的中间对齐并平行，并且当钟摆悬在最低点时与假人接触，如图4所示。

试验后采集撞击过程中的冲击速度（m/s）、最大摆锤力（kN）、腹部（A1、A2）的最大位移（mm）和T12处的最大加速度。

共进行6组腹部冲击的比对试验，比较这六组数据，从图5可以看出，整体式和分体式垫片对假人响应特性的影响存在的趋势和规律如下：

在相同的腹部冲击下，配备分体式垫片的假人所受到的冲击力要小于配备整体式垫片的假人，差异在3%左右，所产生的胸部位移响应要大于配备整体式垫片的假人，差异在4%左右，在T12产生对的加速度响应要小于配备整体式垫片的假人，差异在4%左右。与胸部冲击的响应特征一致，即分体式垫片会使假人的受力响应更集中于受力的区域附近，力及加速度的传递方面会有所削弱。

5 分体式垫片性能一致性试验的数据比较

取两块分体式垫片分别安装在假人上，在标定工况的基础上进行腹部冲击，通过比对两块分体式垫片数据的区别，分析分体式垫片在相同冲击工况下的响应一致性。

比较这九组数据，如图6所示，其中1.1～1.6用的是同一块分体式海绵垫片，2.1～2.3用的是同一块分体式海绵垫片。从下图可以看出，两块分体式海绵垫片具有较好的一致性，各指标的变异系数均在1%以内。

6 结论

本研究针对WorldSID 50th假人胸部垫片整体式和分体式性能结构的差异，在标定工况的基础上，分别对假人的胸部和腹部进行冲击，并分析整体式和分体式垫片对假人响应特性的影响。同时，通过比对相同工况下两块不同的分体式垫片的响应特性来分析分体式垫片数据的一致性情况。从分析结果来看，WorldSID 50th假人分体式垫片与整体式垫片相比，总体的规律和趋势如下：

（1）配备分体式垫片的假人所受到的冲击力要小于配备整体式垫片的假人，所产生的胸部位移响应要大于配备整体式垫片的假人，但不是特别明显。

（2）分体式垫片会使假人的受力响应更集中于受力的区域附近，力及加速度的传递方面会有所削弱。

（3）分体式垫片在冲击响应方面具有良好的一致性

通过上述分析，可以对分体式垫片的响应特性有基本的了解;通过WorldSID 50th假人整体式垫片和分体式垫片性能的比对和分析，为后期WorldSID 50th假人胸部垫片的改良和选择提供了研究基础和技术支持。

参考文献

[1] Euro NCAP Side Impact Mobile Deformable Barrier Testing Pro -tocol， Version7.1.1.

[2] Euro NCAP Oblique Pole Side Impact Testing Protocol，Version7.0.2.

[3] 中国汽车技术研究中心，C-NCAP管理规则（2018版）.

[4] GB∕T 37337-2019 汽车侧面柱碰撞的乘员保护.

[5] WorldSID 50th Male Split Thorax Pad Investigation，NHTSA-VRTC 18-Apr-18.

[6] 周会锋，李碧浩，王大志，WorldSID 50th假人与ES-2假人的性能比对分析，汽车安全与节能学报，第8卷第3期，2017.

[7] Humanetics，WorldSID 50th User Manual.