凡沙沙,段大祿,黎謙,廖賢明,賈麗剛
上汽通用五菱汽車股份有限公司,廣西柳州 545007
隨著國內外對汽車安全性能的重視程度不斷提升,汽車正面安全氣囊逐漸成為車輛的標準配置。在碰撞事故中乘員頭、頸、胸部能夠得到較好的保護,然而腿部傷害的問題日益凸顯。乘員大腿壓縮力指標為法規考察指標及NCAP考察指標,大腿壓縮力除了與儀表板剛度、前圍板侵入量、腿部空間、乘員坐姿、座椅剛度、安全帶配置等因素有關外,還與車身加速度有著密切的聯系。本文運用LS-Dyna仿真模型,研究了正面碰撞車身加速度對乘員腿部損傷的影響,從而改變骨盆前移量,也降低了大腿壓縮力。
為便于體現車身加速度波形的特點,將車身加速度波形簡化為二階波形。以某車型50 km/h全寬正碰的LS-Dyna乘員側仿真模型為基礎,計算其在實車加速度波形及簡化波形下乘員的響應,以驗證簡化波形的有效性。圖1為該車型實車試驗加速度波形及其簡化后的二階波形。
圖1 某車型實車試驗加速度波形及其簡化后的二階波形
對上述實車加速度波形及簡化二階波形進行積分,得到速度曲線,如圖2所示。進一步積分后得到位移曲線,如圖3所示。
圖2 實車波形與簡化波形的速度曲線
圖3 實車波形與簡化波形的位移曲線
由圖2和圖3可以看出,簡化波形與實車試驗波形吻合度較好。為進一步驗證簡化的二階形波可近似代表實車試驗波形,在LS-Dyna乘員側仿真模型中,對比兩種波形下的乘員響應,如圖4和圖5所示。由圖4可以看出,兩種波形下乘員的頭部、胸部及骨盆的加速度曲線完全一致。說明兩種波形下乘員的運動響應完全一致;由圖5可以看出,兩種波形下的結果也完全一致,這說明簡化的二階波形可以近似代表實車碰撞波形。
圖4 乘員頭部、胸部及骨盆加速度曲線
圖5 乘員左、右大腿力及膝蓋滑移量
二階加速度波形的主要特征是第一階加速度與第二階加速度。通過改變與的大小,可得到不同的加速度波形。表1為3種不同二階加速度波形。
表1 3種不同二階加速度波形
由于碰撞初始速度均設定為50 km/h,因此上述3種波形的能量密度均為96.45 J/kg。3組加速度波形曲線、積分得到的速度曲線、位移曲線及能量密度曲線如圖6所示。從速度曲線可以看出,3種波形速度的變化量基本相同。
圖6 3組波形曲線對照
將上述3種不同的二階波形,代入LS-Dyna乘員側仿真模型,計算得到3種波形下乘員的骨盆前移量曲線(向)、骨盆下移量曲線(向),乘員骨盆相對車身的移動量如圖7所示。乘員左、右大腿壓縮力曲線如圖8所示,由乘員腿部的損傷機制可知,乘員的骨盆前移量影響乘員腿部撞擊儀表板的程度,從而影響乘員腿部的損傷。
圖7 乘員骨盆相對車身的移動量
圖8 乘員左、右大腿壓縮力曲線
統計乘員骨盆相對車身的最大前移量、最大下移量及乘員大腿壓縮力的最大值,不同二階波形下的仿真結果對照見表2。
表2 不同二階波形下的仿真結果對照
(1)二階梯形波能夠較好地擬合出實車加速波形,并且吻合程度較高,可以作為一種研究車身加速度波形特征的方法;
(2)從某車型車身加速度及其簡化二階波形的對照結果可以看出,碰撞過程中,乘員的響應與車身加速度整體的強弱有關,與加速度波形上個別峰值的高、低無關;
(3)從3種不同二階波形的仿真結果可以看出,提高一階加速度,降低二階加速度,能夠明顯改善乘員的骨盆前移量,從而降低乘員的大腿壓縮力。