混III 5百分位女性假人胸部標(biāo)定方法探究

李志，段丙旭，何成，孟凡超

混III 5百分位女性假人胸部標(biāo)定方法探究

李志，段丙旭，何成，孟凡超

（中汽研汽車檢驗(yàn)中心（天津）有限公司，天津 300300）

針對(duì)混III 5百分位女性假人，目前的胸部標(biāo)定方法中指定的胸部壓縮量區(qū)間不在大部分試驗(yàn)樣本所處的區(qū)間。針對(duì)實(shí)車碰撞試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，胸部壓縮量為20～30 mm的樣本共占63%，其中中位壓縮量為27.1 mm。利用改進(jìn)的更接近于安全帶的沖擊塊對(duì)混III 5百分位女性假人進(jìn)行標(biāo)定試驗(yàn)，得到?jīng)_擊速度為3.47～4.18 m/s區(qū)間內(nèi)，胸部壓縮量為23.53～29.98 mm，選擇此區(qū)間能夠更加真實(shí)反映碰撞工況中假人的響應(yīng)。

5百分位；胸部標(biāo)定；胸部壓縮量；沖擊塊

在中國(guó)新車評(píng)價(jià)規(guī)程（China New Car Assessment Programme，C-NCAP）2012版中，首次將混III 5百分位女性假人引入到正面碰撞試驗(yàn)中，將假人放置于車輛第二排座椅左側(cè)，進(jìn)行量化分析[1]。C-NCAP 2012版和C-NCAP 2015版中，正面碰撞和偏置碰撞的總分最高均為18分，后排得分最高為2分，其中女性胸部變形壓縮量為1分。C-NCAP 2018版中，正面碰撞和偏置碰撞最高得分均為20分，后排的分最高為4分，后排分值比率提高了1倍，因此作為后排女性得分中占比最高，也是最容易失分的胸部變形壓縮量，顯得尤為重要。

目前C-NCAP 2018版中，對(duì)于混III 5百分位女性假人的標(biāo)定方法是使用半徑為12.7±0.3 mm的圓柱形沖擊擺錘對(duì)假人胸部特定部位進(jìn)行沖擊。而對(duì)乘員起到有效保護(hù)作用的安全帶則是長(zhǎng)條形的，因此圓柱形沖擊擺錘對(duì)假人的標(biāo)定與碰撞試驗(yàn)中安全帶勒住假人的情形存在很大的差異。在C-NCAP 2018版中，增加了低速標(biāo)定方法，采用3.0 m/s的速度沖擊垂直坐姿假人胸部肋骨指點(diǎn)位置，對(duì)應(yīng)的胸部變形量在17.4～21.8 mm之間，這個(gè)變形量區(qū)間是否對(duì)應(yīng)了目前車輛狀況下實(shí)際碰撞過(guò)程中的變形區(qū)間還未可知。因此本文主要針對(duì)標(biāo)定擺錘形狀和速度對(duì)混III 5百分位女性假人胸部標(biāo)定進(jìn)行探討。

1 混III 5百分位女性假人胸部標(biāo)定方法

C-NCAP 2018版規(guī)程中規(guī)定，混III 5百分位女性假人標(biāo)定程序按照CFR 572中的0部分規(guī)定及SAE J2878規(guī)定。

CFR 572中的0部分規(guī)程為高速標(biāo)定方法，規(guī)程規(guī)定擺錘質(zhì)量為（13.97±0.023）kg，擺錘沖擊面的直徑為（152.4 ± 0.25）mm，標(biāo)定過(guò)程中環(huán)境溫度應(yīng)為20.6～22.2 ℃，環(huán)境濕度應(yīng)為10%～70%。假人與擺錘具體擺放位置如圖1所示。混III 5百分位女性假人高速標(biāo)定指標(biāo)如表1所示。SAE J2878規(guī)程為低速標(biāo)定方法，規(guī)程中規(guī)定，擺錘質(zhì)量為（13.97±0.023）kg，擺錘沖擊面的直徑為（152.4±0.25）mm，標(biāo)定過(guò)程中環(huán)境溫度應(yīng)為20.6～22.2 ℃，環(huán)境濕度應(yīng)為10%～70%。

圖1 假人與擺錘擺放位置

表1 混III 5百分位女性假人高速標(biāo)定指標(biāo)

標(biāo)定參數(shù)指標(biāo)下限指標(biāo)上限 擺錘沖擊速度/（m/s）6.596.83 環(huán)境溫度/℃20.622.2 環(huán)境濕度/（%）1070 擺錘撞擊力/kN3.94.4 胸部壓縮量/mm5058 滯后率/（%）6985

假人與擺錘具體擺放位置與高速標(biāo)定方法相同，如圖1所示?；霫II 5百分位女性假人低速標(biāo)定指標(biāo)如表2所示。

表2 混III 5百分位女性假人低速標(biāo)定指標(biāo)

標(biāo)定參數(shù)指標(biāo)下限指標(biāo)上限 擺錘沖擊速度/（m/s）2.953.05 環(huán)境溫度/℃20.622.2 環(huán)境濕度/（%）1070 擺錘撞擊力/kN1.782.07 胸部壓縮量/mm17.421.8 滯后率/（%）6572

2 混III 5百分位女性假人胸部標(biāo)定方法研究

2.1 安全帶佩帶位置

隨著近些年各大主機(jī)廠對(duì)于車輛安全性越來(lái)越重視，在實(shí)車碰撞試驗(yàn)中，供應(yīng)商對(duì)于車輛約束系統(tǒng)的匹配做得越來(lái)越完善，其中安全帶的佩戴位置也越來(lái)越趨近于統(tǒng)一化。

通過(guò)馬偉杰等人的研究可知[1]，隨著安全帶佩帶角度的增大，沖擊力呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)。通過(guò)對(duì)幾款A(yù)級(jí)車、B級(jí)車、C級(jí)車、緊湊型SUV、全尺寸SUV，分別進(jìn)行實(shí)車狀態(tài)下安全帶佩戴位置測(cè)量發(fā)現(xiàn)，一方面的原因是女性胸部乳房的約束；另一方面由于安全帶拉帶位置的約束，大部分安全帶的上邊緣都比較靠近假人肩部旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺絲孔。

本次標(biāo)定試驗(yàn)中，擺錘中心選擇與現(xiàn)行C-NCAP標(biāo)定程序中的要求相同，擺錘沖擊塊角度選擇21°。此角度下擺錘沖擊塊的上邊緣比較靠近假人肩部旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺絲孔。

2.2 標(biāo)定胸部壓縮量區(qū)間選擇

本文針對(duì)2019年進(jìn)行的113次C-NCAP 2018版全寬正面碰撞和正面40%偏置碰撞摸底試驗(yàn)中的混III 5百分位女性假人胸部壓縮量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如圖2所示。

圖2 胸部壓縮量分布

樣本中最小胸部壓縮量為17.16 mm，最大胸部壓縮量為49.01 mm，胸部壓縮量為20～25 mm的樣本占比33%，胸部壓縮量為25～30 mm的樣本占比30%，胸部壓縮量為20～30 mm的樣本共占比63%。因此，在胸部標(biāo)定程序中更應(yīng)該關(guān)注胸部壓縮量為20～30 mm的區(qū)間。CFR 572中的0部分規(guī)程規(guī)定的高速標(biāo)定方法中，胸部壓縮量區(qū)間為50～58 mm，SAE J2878規(guī)程規(guī)定的低速標(biāo)定方法中，胸部壓縮量區(qū)間為17.4～21.8 mm，均不在20～30 mm的區(qū)間范圍內(nèi)。

因此，可取中位胸部壓縮量為27.1 mm的區(qū)塊進(jìn)行標(biāo)定試驗(yàn)。

2.3 擺錘改進(jìn)

混III 5百分位女性假人的胸部結(jié)構(gòu)與混III 50百分位男性假人的胸部結(jié)構(gòu)有一定區(qū)別：一方面由于受女性假人胸部的影響，其安全帶佩帶位置會(huì)有一定差異；另一方面由于擺錘前端沖擊面面積較大，擺錘對(duì)假人造成沖擊時(shí)的平面載荷為圓形載荷，且先與女性假人的乳房進(jìn)行接觸。而在實(shí)際碰撞工況中，由于安全帶的形狀為長(zhǎng)條形，假人與安全帶的接觸為帶狀接觸。因此，本文為更加真實(shí)反映假人與安全帶的接觸情況，在原有擺錘上加裝一個(gè)帶狀沖擊塊進(jìn)行標(biāo)定試驗(yàn)。沖擊塊裝置如圖3所示。

圖3 帶狀沖擊塊

在車輛約束系統(tǒng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則中，安全帶的寬度一般為46～50 mm。

經(jīng)過(guò)對(duì)50個(gè)樣本車輛的實(shí)際測(cè)量，本文采用安全帶寬度為48 mm的樣本進(jìn)行研究，沖擊塊寬度為48 mm，長(zhǎng)度為260 mm，以確保沖擊塊與假人很好的接觸，更加真實(shí)模擬實(shí)際碰撞事故中假人與安全帶的接觸。

本文進(jìn)行的標(biāo)定試驗(yàn)中，加裝的帶狀沖擊塊的質(zhì)量為0.57 kg，擺錘總質(zhì)量為14.54 kg。

2.4 混III 5百分位女性假人胸部標(biāo)定試驗(yàn)與結(jié)果分析

在標(biāo)定試驗(yàn)過(guò)程中，擺錘中心選擇與現(xiàn)行C-NCAP標(biāo)定程序中的要求相同，擺錘沖擊塊角度選擇21°，如圖4所示。

圖4 擺錘沖擊位置

為了找到合適的胸部壓縮量，本研究進(jìn)行了多個(gè)速度的標(biāo)定試驗(yàn)，每次試驗(yàn)間隔時(shí)間為1 h，保證假人胸部能夠很好的恢復(fù)初始性能。在此選擇三個(gè)典型胸部壓縮量的試驗(yàn)進(jìn)行闡述。三組的試驗(yàn)條件分別如表3所示。所得沖擊結(jié)果如圖5、圖6和圖7所示。

通過(guò)前面統(tǒng)計(jì)可知，胸部壓縮量為20～30 mm的樣本共占比63%，且中位胸部壓縮量為27.1 mm，本研究所進(jìn)行的標(biāo)定試驗(yàn)得到的胸部壓縮量均在20～30 mm范圍內(nèi)，更接近于碰撞試驗(yàn)中假人的真實(shí)響應(yīng)。

表3 標(biāo)定試驗(yàn)條件

序號(hào)擺錘沖擊速度/（m/s）擺錘撞擊力/kN胸部壓縮量/mm 13.472.1023.53 23.922.5327.14 34.182.6229.98

圖5 3.47 m/s下沖擊結(jié)果

圖6 3.92 m/s下沖擊結(jié)果

圖7 4.18 m/s下沖擊結(jié)果

3 總結(jié)

基于真實(shí)碰撞試驗(yàn)中對(duì)假人起到約束作用的是條狀的安全帶，且由于混III 5百分位女性假人不同于混III 50百分位男性假人的胸部生理結(jié)構(gòu)，因此認(rèn)為現(xiàn)行的標(biāo)定方法不能真實(shí)反映假人胸部壓縮量。另外，目前標(biāo)定方法中指定的胸部壓縮量區(qū)間不在大部分試驗(yàn)樣本所處的區(qū)間，對(duì)此進(jìn)行了研究并得到以下結(jié)論。

實(shí)車碰撞試驗(yàn)中，大部分混III 5百分位女性假人佩帶的安全帶的上邊緣都比較靠近假人肩部旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺絲孔；統(tǒng)計(jì)顯示，胸部壓縮量為20～30 mm的樣本共占63%，其中中位壓縮量為27.1 mm；本研究中設(shè)計(jì)一個(gè)寬度為48 mm、長(zhǎng)度為260 mm的沖擊塊，以確保沖擊塊與假人很好接觸，更加真實(shí)模擬實(shí)際碰撞事故中假人與安全帶的接觸。

通過(guò)假人標(biāo)定試驗(yàn)得出，3.47 m/s的沖擊速度下沖擊力為2.10 kN，胸部壓縮量為23.53 mm；3.92 m/s的沖擊速度下沖擊力為2.53 kN，胸部壓縮量為27.14 mm；4.18 m/s的沖擊速度下沖擊力為2.62 kN，胸部壓縮量為29.98 mm。

利用改進(jìn)后的沖擊塊對(duì)混III 5百分位女性假人進(jìn)行標(biāo)定試驗(yàn)，沖擊速度為3.47～4.18 m/s，胸部壓縮量為23.53～29.98 mm，選擇此區(qū)間能夠更加真實(shí)反映實(shí)際碰撞工況中假人的響應(yīng)。

［1］馬偉杰，段丙旭，白鵬，等. 安全帶佩帶位置對(duì)HIII 5th女性胸部特性影響的研究［C］//Proceedings of the 11th International Forum of Automotive Traffic Safety，2014：215-257.

U467.14

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.20.019

2095－6835（2019）20－0045－03

李志（1990—），男，研究方向?yàn)槠嚈z測(cè)。

〔編輯：張思楠〕