C-NCAP 2015后排女性假人下潛研究

李永剛，張義，黃強(qiáng)，劉宏達(dá)（.國家汽車質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心（襄陽），襄陽44004；.東風(fēng)雷諾汽車有限公司，武漢40056；.東風(fēng)汽車公司技術(shù)中心，武漢40058）

C-NCAP 2015后排女性假人下潛研究

李永剛1，張義2，黃強(qiáng)3，劉宏達(dá)1
（1.國家汽車質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心（襄陽），襄陽441004；2.東風(fēng)雷諾汽車有限公司，武漢430056；3.東風(fēng)汽車公司技術(shù)中心，武漢430058）

文章介紹了假人下潛現(xiàn)象和C-NCAP2015年版下潛評(píng)價(jià)方法，實(shí)例分析了某車型40%偏置碰撞試驗(yàn)中后排女性假人髂骨力數(shù)據(jù)，研究了通道濾波等級(jí)（CFC）對(duì)假人下潛判定結(jié)果的影響，提出了解決女性假人下潛的改進(jìn)思路。

下潛；女性假人；髂骨力；通道濾波等級(jí)（CFC）

李永剛

吉林工業(yè)大學(xué)（吉林大學(xué)）測(cè)控技術(shù)及儀器專業(yè)畢業(yè)，高級(jí)工程師，主要從事安全試驗(yàn)技術(shù)研究。

中國汽車技術(shù)研究中心《C-NCAP管理規(guī)則（2015年版）》評(píng)價(jià)規(guī)則2015年4月發(fā)布，將于2015年7月正式引入評(píng)價(jià)體系。相對(duì)于2012版管理規(guī)則，2015版管理規(guī)則進(jìn)行了十余項(xiàng)改進(jìn)，本文將就碰撞試驗(yàn)中后排女性假人下潛判定標(biāo)準(zhǔn)的改變進(jìn)行分析研究。

C-NCAP管理規(guī)則只針對(duì)試驗(yàn)車輛前兩排座椅安放試驗(yàn)假人進(jìn)行測(cè)試，所以“后排”特指車輛第二排座椅。

1　下潛現(xiàn)象

下潛現(xiàn)象是指正碰碰撞試驗(yàn)過程中因座椅座盆變形而引起的座椅前端向下塌陷，從而導(dǎo)致假人向前向下滑動(dòng)的現(xiàn)象。正面碰撞試驗(yàn)包括100%正面碰撞試驗(yàn)和40%偏置碰撞試驗(yàn)。

下潛現(xiàn)象是在車輛碰撞事故中不期望發(fā)生的現(xiàn)象，將會(huì)加大對(duì)乘員腹部的傷害。在車輛碰撞減速階段，由于作用在骨盆位置處的合力（包括座椅、安全帶等作用）不均衡，導(dǎo)致安全帶腰帶發(fā)生滑動(dòng)，脫離正常使用位置，從骨盆處滑向腹部，并將相應(yīng)的負(fù)載力直接作用在腹部上，造成腹部軟組織受傷。嚴(yán)重下潛現(xiàn)象往往還會(huì)造成乘員頭部和胸部的二次傷害。

女性乘員一般個(gè)體較小，在車輛后排乘坐時(shí)與車身安全帶匹配效果不佳，在碰撞事故發(fā)生下潛、受到嚴(yán)重傷害的幾率更高，所以C-NCAP管理規(guī)則將后排女性下潛納入評(píng)價(jià)范圍。

C-NCAP管理規(guī)則正面碰撞試驗(yàn)中后排左邊外側(cè)座椅（駕駛員后方座椅）采用混合III型第5百分位女性假人進(jìn)行測(cè)試，女性假人體重50 kg，坐高787 mm。

2　C-NCAP后排女性假人下潛判定標(biāo)準(zhǔn)的改進(jìn)

2012版管理規(guī)則規(guī)定：如果試驗(yàn)中后排女性假人約束系統(tǒng)失效則減去1分，約束系統(tǒng)失效包括假人出現(xiàn)下潛現(xiàn)象，主要通過高速攝像和試驗(yàn)后假人姿態(tài)來判斷。試驗(yàn)后假人姿態(tài)異常見圖1：

2015版管理規(guī)則量化了下潛現(xiàn)象的判定標(biāo)準(zhǔn)：以女性假人骨盆左右兩側(cè)髂骨力傳感器（見圖2）的信號(hào)為主來判斷碰撞過程中假人是否發(fā)生了下潛，高速攝像作為輔助判斷依據(jù)。分別計(jì)算女性假人左右兩側(cè)髂骨力變化速率判斷是否發(fā)生了下潛，單側(cè)下潛扣0.5分，兩側(cè)都下潛則扣1分。后排女性假人在碰撞試驗(yàn)過程中運(yùn)動(dòng)姿態(tài)差異較大，可能出現(xiàn)假人發(fā)生了下潛而髂骨力傳感器信號(hào)仍然正常的情況，所以繼續(xù)保留高速攝像作為輔助判斷依據(jù)。

2015年版假人下潛判定標(biāo)準(zhǔn)從定性判定改進(jìn)為定量判定，更合理和便于操作，期望進(jìn)一步提高評(píng)價(jià)規(guī)則的客觀性。

3　C-NCAP2015后排女性假人下潛研究

3.1C-NCAP2015下潛判定標(biāo)準(zhǔn)的詳細(xì)描述

后排女性假人下潛現(xiàn)象通過假人髂骨受力情況來進(jìn)行判斷：在假人骨盆向前，髂骨受力減小階段，在持續(xù)1 ms時(shí)間范圍內(nèi)，若髂骨力減小速率大于1 000 N/ms，判斷發(fā)生了下潛；在骨盆回彈階段，若減小速率大于1 000 N/ms，但此時(shí)髂骨力小于2 400 N的情況除外。另外，髂骨受力情況不穩(wěn)定時(shí)，以完全卸載階段的信號(hào)進(jìn)行判斷，作為參考，可以通過車載攝像機(jī)的視頻圖像及安全帶腰帶力進(jìn)行輔助確認(rèn)。通過骨盆X向和Z向的合成加速度來計(jì)算骨盆的速度，并將與車身相對(duì)速度相同的時(shí)刻判定為骨盆回彈0時(shí)刻。

C-NCAP2015后排女性假人下潛判定標(biāo)準(zhǔn)描述包含了一系列的判定條件和判定結(jié)論，僅僅通過文字理解比較困難，下潛判定流程圖給出了比較清晰的思路，見圖3：

3.240%偏置碰撞試驗(yàn)后排女性假人下潛實(shí)例研究

某車型在開發(fā)過程中參照C-NCAP2015年版要求進(jìn)行了40%偏置碰撞試驗(yàn)，試驗(yàn)速度64 km/h。后排女性假人骨盆左右兩側(cè)安裝了髂骨力傳感器，試驗(yàn)中采集了信號(hào)，試驗(yàn)后下載髂骨力傳感器信號(hào)。

按照下潛判定流程圖的指導(dǎo)逐步進(jìn)行處理分析，判斷碰撞過程中后排女性假人是否發(fā)生下潛現(xiàn)象。

步驟一、髂骨力傳感器信號(hào)采用CFC180進(jìn)行濾波得到髂骨力試驗(yàn)曲線（見圖4），求導(dǎo)得到髂骨力變化速率曲線。從髂骨力變化速率曲線上很容易判斷左右髂骨力變化速率都有超過1 000 N/ms的峰值，為了方便后面的分析討論，定義左側(cè)髂骨力變化速率超過1 000 N/ms的峰值為峰值A(chǔ)和峰值B，右側(cè)髂骨力變化速率超過1 000 N/ms的峰值為峰值C，見圖5和圖6：

步驟二、分析髂骨力變化速率超過1 000 N/ms峰值的持續(xù)時(shí)間。放大髂骨力變化速率曲線，峰值A(chǔ)超過1 000 N/ms持續(xù)時(shí)間0.7 ms，峰值B超過1 000 N/ms持續(xù)時(shí)間1.4 ms，峰值C超過1 000 N/ms持續(xù)時(shí)間1.6 ms，見圖7。女性假人髂骨力變化速率大于1 000 N/ms的峰值B和峰值C持續(xù)時(shí)間都超過了1 ms。

式中：Axz—骨盆X向和Z向合成加速度；Ax—骨盆 X向加速度；Az—骨盆Z向加速度。

合成加速度積分得到速度，假人骨盆加速度和速度曲線見圖8，假人骨盆速度曲線和車身速度曲線見圖9。兩條速度曲線相交點(diǎn)速度為20.3 m/s，表明骨盆速度與車身速度相同，時(shí)刻為114 ms，判定114 ms為骨盆回彈0時(shí)刻。

波峰B超過1 000 N/ms時(shí)刻為90.2 ms，持續(xù)到91.6 ms，均早于114 ms，髂骨力變化速率超過1 000 N/ms沒有發(fā)生在骨盆回彈階段，可以判定女性假人左側(cè)發(fā)生下潛，扣0.5分。

波峰C超過1 000 N/ms時(shí)刻為74.6 ms，持續(xù)到76.2 ms，均早于114 ms，髂骨力變化速率超過1 000 N/ms沒有發(fā)生在骨盆回彈階段，可以判定女性假人右側(cè)發(fā)生下潛，扣0.5分。

表1　后排女性假人下潛分析結(jié)果表

分析結(jié)論：試驗(yàn)中后排女性假人左右兩側(cè)都發(fā)生下潛，應(yīng)該扣1分。某車型40%偏置碰撞試驗(yàn)中后排女性假人下潛實(shí)例分析到此結(jié)束，分析結(jié)果見表1。

為了全面理解和掌握C-NCAP2015后排女性假人下潛判定標(biāo)準(zhǔn)，假定波峰B和波峰C信號(hào)都發(fā)生在假人骨盆回彈階段，繼續(xù)分析。

步驟四、判斷假人髂骨力值是否超過2 400 N。

髂骨力變化速率波峰B超過1 000 N/ms起始時(shí)刻為90.2 ms，該時(shí)刻點(diǎn)在髂骨力曲線上對(duì)應(yīng)的力值為2 605.8 N（見圖10），大于2 400 N，可以判定假人左側(cè)發(fā)生下潛，扣0.5分。

其實(shí)，梁誠用刀插中的不過是美娟藏在胸前的血包，梁誠故意讓凌薇確認(rèn)美娟的死，美娟不過是屏住氣息便嚇得這位富家小姐失魂落魄。最后，梁誠將美娟拖到浴室，開始大力剁著買來的幾十斤豬肉，最后將碎肉沖進(jìn)馬桶。

髂骨力變化速率波峰C超過1 000 N/ms起始時(shí)刻點(diǎn)74.6 ms，該時(shí)刻點(diǎn)在髂骨力曲線上對(duì)應(yīng)的力值為2 792.6 N（見圖11），大于2 400 N，可以判定假人右側(cè)發(fā)生下潛，扣0.5分。

以上是按C-NCAP2015判定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行后排女性假人下潛判定的完整研究。

4　后排女性假人下潛判定標(biāo)準(zhǔn)的深層研究

4.1骨盆回彈階段髂骨力值超過2 400 N的持續(xù)時(shí)間

假人骨盆回彈階段，髂骨力變化速率超過1 000 N/ms持續(xù)時(shí)間內(nèi)，髂骨力值是否需要持續(xù)保持超過2 400 N？關(guān)于這個(gè)問題2015年版管理規(guī)則正文中表述不明確，《C-NCAP管理規(guī)則（2015版）中關(guān)于后排假人下潛判定方法》中解釋，只需要確定在髂骨力變化速率超過1 000 N/ms的起始時(shí)刻所對(duì)應(yīng)的髂骨力值是否超過2 400 N，如果超過2 400 N就可以判定發(fā)生了下潛。上述試驗(yàn)結(jié)果中，如果按髂骨力值全程都需要超過2 400 N判定則沒有發(fā)生下潛，如果按起始時(shí)刻髂骨力值超過2 400 N判定則兩側(cè)都發(fā)生下潛。

4.2髂骨力變化速率超過1 000 N/ms持續(xù)時(shí)間的計(jì)算方法

確定髂骨力變化速率超過1 000 N/ms的持續(xù)時(shí)間時(shí)，是否采用差值方法來計(jì)算確定時(shí)間長度？CNCAP碰撞試驗(yàn)采樣率為10 kHz，每個(gè)有效數(shù)據(jù)點(diǎn)時(shí)間間隔0.1 ms，不采用差值計(jì)算的方法來確定變化速率超過1 000 N/ms的持續(xù)時(shí)間，則至少需要有10個(gè)連續(xù)數(shù)據(jù)點(diǎn)的值大于等于1 000 N/ms才有可能判斷出現(xiàn)了下潛現(xiàn)象。EVA數(shù)據(jù)處理軟件采用了差值計(jì)算方法，計(jì)算得到的持續(xù)時(shí)間間隔較長。

4.3通道濾波等級(jí)（CFC）對(duì)分析結(jié)果的影響

通道濾波等級(jí)（CFC）是針對(duì)實(shí)車碰撞試驗(yàn)特點(diǎn)專門設(shè)計(jì)的濾波器，假人不同部位和不同類型傳感器的信號(hào)必須采用不同的通道濾波等級(jí)進(jìn)行濾波處理。常用通道濾波等級(jí)對(duì)應(yīng)的參數(shù)見表2。

表2　常用通道濾波等級(jí)參數(shù)

一種滿足SAE J211要求的四階巴特沃斯低通濾波計(jì)算方法見公式2：

式中：a0、a1、a2、b1、b2 —與CFC有關(guān)的常量；X［t］—濾波前原始曲線；Y［t］—濾波后輸出曲線。

假人骨盆部位髂骨力值信號(hào)通道濾波等級(jí)（CFC）沒有統(tǒng)一規(guī)定，SAE J211默認(rèn)使用CFC1000進(jìn)行濾波，EVA分析軟件默認(rèn)采用CFC600進(jìn)行濾波，C-NCAP2015年版要求采用CFC180進(jìn)行濾波。

為了研究通道濾波等級(jí)（CFC）對(duì)后排女性假人下潛分析結(jié)果的影響，對(duì)髂骨力信號(hào)分別按CFC1000、CFC600和CFC180進(jìn)行濾波，然后求導(dǎo)得到髂骨力變化速率曲線（見圖12）：

分析發(fā)現(xiàn)，CFC1000、CFC600和CFC180濾波后，髂骨力曲線差異不大，但髂骨力變化速率曲線差異較大，幅值最大相差157.7%，變化速率超過1 000 N/ms的持續(xù)時(shí)間（僅單峰）最大相差166.7%。CFC180濾波后髂骨力變化速率峰值明顯降低，但脈寬增加。在上述試驗(yàn)中，采用CFC180濾波處理后計(jì)算假人右側(cè)發(fā)生了下潛，采用CFC600濾波處理后計(jì)算假人右側(cè)沒有發(fā)生下潛。不同CFC濾波髂骨力變化速率數(shù)據(jù)見表3：

表3　不同CFC濾波髂骨力變化速率數(shù)據(jù)表（僅單峰）

通道濾波等級(jí)（CFC）的選取涉及到最終評(píng)價(jià)是否扣分，如何選用合適的通道濾波等級(jí)（CFC）進(jìn)行髂骨力信號(hào)濾波處理，值得進(jìn)行深入地研究。

5　后排女性假人下潛改進(jìn)思路

后排女性假人發(fā)生下潛現(xiàn)象主要有兩個(gè)原因：一是后排安全帶沒有發(fā)揮正常作用，二是后排座椅強(qiáng)度不夠。

車輛安全帶一般按照成年男性體態(tài)特征進(jìn)行設(shè)計(jì)安裝，身材較小的女性在后排乘坐時(shí)安全帶有時(shí)可能不能正常發(fā)揮作用。受空間結(jié)構(gòu)限制，后排安全帶安裝位置的調(diào)整幅度有限，可以考慮安裝預(yù)緊式安全帶，在碰撞開始階段將松弛的織帶張緊，為女性乘員提供更好保護(hù)。

增強(qiáng)后排座椅和安裝部位車身的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，防止碰撞過程中座椅受力后變形過大導(dǎo)致假人下潛，可以從材料選用和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)考慮。

適當(dāng)調(diào)整后排乘員空間地墊結(jié)構(gòu)和硬度，使試驗(yàn)中假人腳部與地墊良好接觸，雙腳受力均勻可控，從而使假人保持正常的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)。

［1］C-NCAP管理規(guī)則（2015年版），中國汽車技術(shù)研究中心［S］.

［2］C-NCAP管理規(guī)則（2015版）中關(guān)于后排假人下潛判定方法，中國汽車技術(shù)研究中心［R］，2014.8.

［3］Crash Analysis Criteria DescriptionVersion 2.1.1 ［S］.

［4］SAE J 211-1，Instrumentation for Impact Test-Part 1-Electronic Instrumentation［S］.

［5］朱海濤， 呂恒緒.基于c-ncap規(guī)則下后排女性假人下潛研究［C］. 2011第十四屆中國汽車安全技術(shù)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集，2011：451-454.

專家推薦

陳濤：

本文對(duì)第二排女性假人下潛的問題做了詳細(xì)的研究，分析了2015版C-NCAP關(guān)于女性假人下潛判定的方法和判定依據(jù)。對(duì)于通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)評(píng)估假人下潛情況有很好的幫助，對(duì)于第二排座椅和約束系統(tǒng)設(shè)計(jì)也有較好的參考價(jià)值。

Rear Female Dummy Submarining Research Base on C-NCAP 2015

LI Yong-gang1， ZHANG Yi2， HUANG Qiang3， LIU Hong-da1
（1.National Automobile Quality Supervision and Test Center ［Xiangyang］， Xiangyang 441004， China；2. Dongfeng Renault Automotive Co.Ltd， Wuhan 430056， China； 3.Dongfeng Motor Corporation Technology Center， Wuhan 430058， China）

The article introduced dummy submarining phenomenon and the assessment method in C-NCAP 2015， analyzed the ilium force data of rear seat female dummy during the 40% offset collision test， studied on the influence of the channel filter class （CFC） to the judgementresult ofthe dummy submarining， put forword the improvement ideas for the female dummy submarining.

Submarining；female dummy；ilium force；channle filter class（CFC）

U467.1+4

A

1005-2550（2015）05-0056-06

10.3969/j.issn.1005-2550.2015.05.011

2015-05-25