25%小偏置碰撞中驾驶员小腿伤害解析

张俊南，刘得雄Zhang Junnan，Liu Dexiong

25%小偏置碰撞中驾驶员小腿伤害解析

张俊南1，刘得雄2
Zhang Junnan1，Liu Dexiong2

（1. 中国汽车工程研究院股份有限公司，重庆 401122；
2.西南大学 工程技术学院，重庆 400715）

25%小偏置碰撞工况中驾驶员腿部相较其他部位更易受到伤害。解析假人腿部伤害的评价方法，通过大量测试结果，分析造成驾驶员腿部伤害超标的主要原因，研究车辆局部变形量与腿部伤害指标的关联，为试验结果的评价、分析以及车辆结构开发提供参考。

小偏置碰撞；
假人伤害结果；
胫骨指数TI；
评价方法；
影响因素

通过分析25%小偏置正面碰撞试验结果发现，车体结构完整性方面的测量点侵入量过大，碰撞后乘员舱变形严重[1-2]。随着安全带和安全气囊的广泛应用，25%小偏置特殊碰撞工况中，腿部受伤风险明显高于人体上部躯干。为提高车辆安全性，对碰撞中驾驶员小腿伤害原因进行分析。

国内外学者对25%小偏置碰撞[3-5]多从仿真模拟角度分析碰撞过程中假人小腿受伤机理，本文从统计角度分析造成驾驶员腿部伤害超标的主要原因，为优化车辆结构提供一定参考。

1.1 假人伤害结果统计

C-IASI[6-7]（China Insurance Automotive Safety Index，中国保险汽车安全指数）要求对假人头、颈部、胸部、大腿/臀部、小腿/脚部等部位进行碰撞评价，评估车辆碰撞过程中人员受伤程度，伤害结果分为4个等级：Good（优秀）、Acceptable（良好）、Marginal（一般）、Poor（较差）。60款车型进行25%小偏置碰撞工况试验，测试结果为：假人头部/颈部、胸部测试中全部车型被评为优秀，无罚分车型；
假人大腿/臀部测试中有9款车型被罚分，车型占比为15%；
假人小腿/脚部测试中有25款车型被罚分，车型占比为41.7%。统计结果见表1，可以看出，假人小腿/脚部被罚分情况较为突出。

表1 假人伤害统计结果

1.2 假人小腿/脚部伤害结果统计

C-IASI《车内乘员安全指数25%偏置碰撞评价规程》中规定腿部/脚部评价指标包括膝盖滑动位移、上胫骨和下胫骨轴向力F、胫骨指标TI、脚部最大合成加速度，具体见表2。

表2 C-IASI假人伤害评价标准

续表2

注：3ms为胸部3ms合成加速度；
VC（Viscous Criterion，粘性指标）；
KTH（Knee-Thigh-Hip，膝盖-大腿-髋部伤害风险）；
TI（Tibia Index，胫骨指数）。

表3为小腿/脚部测试中被罚分的25款车型的小腿/脚部评价结果。

表3 小腿/脚部伤害结果

由表3可知，25款车型中有6款车型的假人膝关节滑动位移超标，占比24%，24款车型的假人胫骨指标TI超标，占比96%，7款车型的假人胫骨轴向力F超标，占比28%，8款车型的脚部最大合成加速度超标，占比32%。统计结果见表4，其中，胫骨指标TI值超标比例远高于其他指标。

表4 小腿/脚部伤害统计结果

2.1 胫骨指数TI

垂直于小腿骨方向的受力，以及作用于小腿上下端的转矩是导致小腿骨折、脚踝及膝关节受伤的重要原因。胫骨指数TI取值为上、下小腿中较差结果，胫骨指数TI的计算式为

式中：M为小腿受到的绕轴弯矩，M调整为小腿受到的调整后绕轴弯矩，R为小腿受到的合成力矩，（C）R为临界弯矩，F为小腿受到的向轴向压缩力，（C）为向临界压缩力。

2.2 某车型假人的TI分析

TI本质是考察小腿向轴向力、绕轴弯矩及绕轴弯矩。在某车型25%小偏置碰撞中，假人左下小腿试验曲线F、M、M如图1所示，F在70 ms附近达到最大值3.3 kN，M在72 ms附近达到最小值－184.3 Nm，M在76 ms附近达到最大值81.5 Nm，TI在72 ms附近达到最大值0.91，如图2所示。对比发现，M的绝对值相比M明显偏大，F处于正常范围，TI最大值的响应时间与M最大值响应时间吻合，由此推测该车型假人M过大直接导致TI值超标。

图1 某车型假人左下小腿FZ、MX、MY曲线

图2 某车型假人左下小腿TI曲线

分析高速摄像视频发现，在碰撞后第72 ms，搁脚板区域出现明显变形，搁脚板外壳破裂，假人脚部受到挤压和扭转载荷，导致脚踝部位扭转。搁脚板区域明显变形导致M过大，不同时刻的视频截图如图3所示。

图3 脚部高速摄像

2.3 TI的影响因素

25%小偏置碰撞工况会避开车辆纵梁，由于车轮挤压等因素使乘员舱左侧侵入较大，造成搁脚板区域变形明显，并传递至假人左脚。通过分析乘员舱不同位置的结构评价指标查找TI影响因素。C-IASI[7]规定当搁脚板区域结构变形量≤15 cm时，搁脚板区域结构评价为优秀，车辆不同位置变形的评价标准见表5。

60款车型25%小偏置碰撞试验的假人TI伤害结果及对应搁脚板位置变形结果见表6。同时结合上文案例，搁脚板区域变形对TI影响较大。

表5 乘员舱侵入量等级评价

表6 小腿/脚部伤害结果

续表6

对表6进行统计分析，结果见表7。

表7 搁脚板区域位移与TI值统计

表7中第1、2行的车型搁脚板区域结构不满足优秀标准会被罚分，共有18款，其中又有14款车型因腿部TI不满足优秀标准被罚分，其占比为77.8%。

搁脚板区域位移越大，则TI超标风险越大，当搁脚板区域位移超过15 cm时，有较大风险导致TI超标，当搁脚板区域位移超过20 cm时，极有可能导致TI超标。

在25%小偏置碰撞工况中，驾驶员小腿/脚部受伤风险较高，且风险主要由TI超标导致；
车辆搁脚板区域变形量与TI关系密切，当变形量大于15 cm时，TI超标风险较大，当变形量大于20 cm时，TI极有可能超标。

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2022-08-26

1002-4581（2022）06-0001-05

U467.1+4

A

10.14175/j.issn.1002-4581.2022.06.001

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