兒童約束系統(tǒng)側(cè)面碰撞試驗對比分析

劉 軍，賈林夕，張學(xué)榮，秦書劍

(江蘇大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院，江蘇鎮(zhèn)江 212013)

隨著汽車工業(yè)和交通運輸事業(yè)的不斷發(fā)展，汽車交通事故已成為公認的威脅人類安全的“第一公害”。在正碰、側(cè)碰、追尾、翻滾等碰撞形式中，汽車側(cè)面碰撞事故約占事故總數(shù)的30%［1］，僅次于正面碰撞。而在造成傷亡的事故中，側(cè)碰事故約占35%［2］。國際交通安全機構(gòu)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，每10位死于交通事故的人中至少有1名是兒童。側(cè)面碰撞可導(dǎo)致兒童乘員的頭部、頸部、胸部嚴重損傷。同時，坐在靠近碰撞側(cè)位置的兒童與遠離碰撞側(cè)位置的兒童相比，有更高的傷亡風(fēng)險［3］。

目前很多發(fā)達國家都已頒布并實施了關(guān)于兒童約束系統(tǒng)方面的法律法規(guī)，例如歐洲的ECER44、美國的 FMVSS213、丹麥的 DS2190、日本的JISD0401、瑞典的 T-SB、加拿大的 CMVSS208、澳大利亞、新西蘭的AS-3629和法國的 ARl985011A等。我國標準化協(xié)會于2005年4月20日制定了汽車用兒童約束系統(tǒng)標準——CAS102—2004。目前，我國對兒童乘員保護方面的研究還處于起步階段。在現(xiàn)有的技術(shù)法規(guī)中，大多數(shù)只對正面碰撞和后面碰撞工況進行了說明，而針對兒童的側(cè)面碰撞并沒有統(tǒng)一的標準［4］。

1 歐美實車碰撞試驗數(shù)據(jù)分析

為了分析兒童乘員側(cè)面碰撞的試驗條件，首先要分析被業(yè)界廣泛認可的實車側(cè)面碰撞試驗條件。

1.1 美國側(cè)面碰撞試驗數(shù)據(jù)分析

NHTSA按照FMVSS No.214可變形移動壁障(MDB)試驗方法對10輛小型車后排右側(cè)位置的加速度和速度進行了測試［5］，取數(shù)據(jù)的平均值，獲得了小型車的典型加速度，如圖1所示。

圖1 10MDB試驗中右后排位置Y軸加速度的上、下限及平均值曲線

圖1中的黑色虛線代表平均值;藍色線是加速度的上限和下限;紅色線代表在試驗中獲得的臺車座椅的實際加速度。使用加速度計來計算滑動座椅速度并取其平均值，獲得的速度大約為27～29 km/h(17～18 m/h)。

按照FMVSS No.214標準對4輛小型車進行試驗以確定門板的速度。在門的上部中心線位置，Y軸方向的平均速度為31.4 kph，中部位置的平均速度為33.0 kph。

1.2 歐洲側(cè)面碰撞試驗數(shù)據(jù)分析

考慮到兒童約束系統(tǒng)主要安裝在汽車的后排，圖2是根據(jù)ECE R95試驗方法所得的樣品車后門的侵入量與時間的變化曲線。從圖2看出:1995年以后生產(chǎn)的車型的后門侵入量比該年以前生產(chǎn)的車型要小;后門最大侵入量的變化范圍在170 mm至280 mm之間。車門侵入速度由侵入量積分計算獲取，后門的侵入速度在7 m/s到13 m/s之間，如圖3所示。前門和后門侵入速度的平均差異達到 10%［6］。

圖2 后門侵入量與時間的變化曲線

圖3 后門侵入速度與時間的變化曲線

2 歐美側(cè)面碰撞臺車試驗方法對比分析

2.1 NHTSA側(cè)面碰撞試驗方法

此方法來自美國高速公路安全管理局(NHTSA)對兒童側(cè)面碰撞試驗方法的早期研究。NHTSA使用的是Takata設(shè)計的側(cè)面碰撞臺車。該臺車包括了安裝在滑軌上的滑動座椅和固定在臺車上的側(cè)門結(jié)構(gòu)。設(shè)計的原理是讓滑行的座椅和CRS按照要求的速度碰撞側(cè)門結(jié)構(gòu)，通過蜂窩鋁的壓縮來模擬車輛碰撞的實際過程。圖4為Takata側(cè)面碰撞臺車的構(gòu)造示意圖。實際被NHTSA使用的裝置如圖5所示。

圖4 Takata側(cè)面碰撞臺車構(gòu)造示意圖

圖5 NHTSA側(cè)面碰撞臺車裝置

Takata臺車和NHTSA臺車裝置的主要區(qū)別有:①Takata使用的是ECE R44法規(guī)規(guī)定的座椅坐墊泡沫，而NHTSA使用FMVSS NO.213中座椅的坐墊泡沫;②NHTSA裝置中座椅到蜂窩鋁的初始距離由250 mm增加到了260 mm，以獲得所需要的碰撞速度。

NHTSA對臺車試驗參數(shù)的要求如表1所示。

評價要求包括假人頭部不能與模擬門接觸。具體測量指標包括HIC值、頸部拉力、脊柱Y向的加速度、骨盆Y向的加速度和胸部側(cè)向位移等。

表1 NHTSA對臺車試驗參數(shù)及其范圍要求

2.2 ISO29062側(cè)面碰撞試驗方法

ISO29062試驗過程主要采用鉸鏈門［7］的結(jié)構(gòu)，將ECE R44試驗椅以90°角固定在臺車上。對于后向式安裝的試驗裝置，為了避免侵入板和試驗座椅靠背的相互作用，將靠背移位100 mm放置，如圖6所示。ISO29062前向式兒童約束系統(tǒng)試驗裝置如圖7所示。ISO29062對試驗參數(shù)的具體要求如表2所示。

圖6 ISO29062后向式兒童約束系統(tǒng)試驗裝置

圖7 ISO29062前向式兒童約束系統(tǒng)試驗裝置

表2 ISO 29062試驗參數(shù)及其范圍要求

評價要求包括假人頭部不能與模擬門接觸。具體測量指標包括頭部 HIC值 、胸部壓縮量、頸部拉力及力矩。

2.3 TUB側(cè)面碰撞試驗方法

該試驗方法由柏林工業(yè)大學(xué)提出，同樣也是基于鉸鏈門的概念。與ISO29062對比，主要的區(qū)別是:①模擬門板的形狀不同，TUB試驗采用平板作為模擬門板;② 板的填充材料不同。與ISO試驗相比，此方法中使用較厚的、柔軟的材料覆蓋平板。另外，在前向式CRS裝置中，靠背和安全帶上方的固定點要求在Y方向上可以移動，下方的ISOFIX固定裝置［8］在Y方向也可以自由移動。

TUB方法中的鉸鏈線與地面垂直，對于不同的測試裝置允許使用同一鉸鏈。側(cè)面碰撞試驗條件如表3所示。

表3 側(cè)面碰撞試驗條件

評價要求包括:假人頭部在碰撞過程中不能與模擬門接觸;CRS對假人頭部具有保護作用。具體測量指標包括頭部HIC值、胸部壓縮量、頸部拉力與力矩。

2.4 ADAC側(cè)面碰撞試驗方法

ADAC試驗在大眾高爾夫白車身上進行。白車身以80°角固定在臺車上并且裝配有固定門［9］裝置，如圖8所示。80°角的側(cè)向碰撞會引起頭部向前的移動量增大，因此對于前向式CRS，對頭部的控制保護是非常困難的。對于前向式和后向式CRS，白車身在臺車上的固定方式相同。由于在ADAC流程中使用了固定門裝置，所以沒有對門的侵入量進行模擬。臺車的速度變化為25 km/h，以15 g的減速度進行減速。該測試流程的主要優(yōu)勢是簡單、快捷，具有很好的再現(xiàn)性。

圖8 ADAC側(cè)面碰撞臺車裝置

2.5 側(cè)面碰撞試驗方法總結(jié)分析

NHTSA所采用的Takata側(cè)面碰撞臺車將滑動座椅放置在臺車上，這種試驗方法具有很好的可重復(fù)性。通過一系列的實車碰撞試驗所得到的試驗參數(shù)范圍具有一定的可信性。由于該方法采用的是加速臺車裝置，即有2個滑動的裝置——側(cè)門結(jié)構(gòu)和試驗臺車，因此確定此系統(tǒng)輸入?yún)?shù)的值具有一定的難度。ISO29062試驗方法明確給出了由數(shù)據(jù)統(tǒng)計得出的加速度和速度變化范圍，通過鉸鏈門的概念引入侵入量和侵入速度，很好地模擬了實際碰撞中車門的侵入。同時，此方法在ISO/TRL的基礎(chǔ)上對前向式兒童約束系統(tǒng)側(cè)面碰撞試驗臺進行了設(shè)計，使其具有更廣泛的應(yīng)用范圍;而TUB試驗方法的主要問題在于其目前難以對前向安裝CRS在最惡劣情況下的試驗進行評測。ADAC試驗方法中的頭部合成加速度采用32 g和76 g進行考核，低于32 g即認為結(jié)果很好，高于76g即認為結(jié)果比較差。然而其他幾種評價方法(采用鉸鏈門)中的頭部加速度卻很少低于100 g，從而說明 ADAC試驗方法的碰撞度過低。

3 結(jié)束語

本文重點分析了美國的 NHTSA、歐洲的ISO29062、TUB以及ADAC側(cè)面碰撞試驗方法的差異，并對各自的臺車模型、試驗條件、碰撞加速度、車門的侵入量和侵入速度、傷害指標、側(cè)碰模擬門板形式等側(cè)碰動態(tài)試驗內(nèi)容進行了對比研究。目前中國關(guān)于兒童約束系統(tǒng)方面的法規(guī)標準尚未正式頒布，且標準中未加入側(cè)面碰撞動態(tài)試驗的相關(guān)內(nèi)容。對先進國家兒童約束系統(tǒng)側(cè)面碰撞動態(tài)試驗的研究分析將有助于完善我國的汽車安全標準體系，為我國相關(guān)法規(guī)的制訂提供一定的參考。

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