實車側(cè)面碰撞碰撞側(cè)Q1.5的損傷研究

何成 孫孟陽 王天華 謝軍

摘 要：針對目前國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)缺乏對1.5歲兒童在實車側(cè)面碰撞工況下的測試和評價，進(jìn)行了涉及A級、B級、SUV和MPV等車型的10個實車側(cè)面碰撞試驗，將Q1.5兒童假人放置在最危險的位置，即駕駛員側(cè)的后排座椅。結(jié)果顯示，頭部3ms累積加速度平均值為31.0g，最大值為58.3g;頸部Y方向受力的平均值為0.26kN，最大值為0.45kN;頸部Z方向受力的平均值為0.41kN，最大值為0.62kN;胸部3ms累積加速度平均值為31.3g，最大值為55.1g;骨盆3ms累積加速度平均值為50.9g，最大值為85.1g。通過試驗數(shù)據(jù)的分析，兒童乘員的胸部和腹部有較大受傷的風(fēng)險，頭部有較小的受傷風(fēng)險，應(yīng)納入評價指標(biāo)。本研究有利于后續(xù)研究，也為1.5歲兒童側(cè)面碰撞評價標(biāo)準(zhǔn)的建立提供借鑒。

關(guān)鍵詞：1.5歲兒童損傷;Q1.5兒童假人;側(cè)面碰撞試驗;評價標(biāo)準(zhǔn)

我國每年死于交通事故的14歲以下的兒童將近2萬名[1]。在各類交通事故中，車輛發(fā)生側(cè)面碰撞交通事故的頻率比較高，僅次于正面碰撞交通事故。由于車輛側(cè)面變形吸能空間小，側(cè)面碰撞事故一般直接影響乘員艙，碰撞形式比較惡劣，以及在側(cè)面碰撞事故中兒童約束系統(tǒng)無法有效保護(hù)兒童乘員，導(dǎo)致側(cè)面碰撞交通事故中的兒童乘員死亡率最高[2]。在側(cè)面碰撞交通事故中，采用相同的兒童約束系統(tǒng)，碰撞側(cè)的兒童乘員受損傷的風(fēng)險明顯高于非碰撞側(cè)的兒童乘員[3]。碰撞側(cè)的車門容易因碰撞發(fā)生變形，致使乘員艙的受侵入容易造成碰撞側(cè)兒童乘員的二次損傷，從而容易受到更加嚴(yán)重的損傷，甚至是承受致命的風(fēng)險[4]。研究表明，在車輛側(cè)面碰撞交通事故中，兒童乘員的頭部、頸部和胸部容易受到嚴(yán)重?fù)p傷[5]。

在我國的交通事故中，兒童的死亡率是歐美國家的2倍。從兒童死亡率的巨大差距可以看出我國兒童安全領(lǐng)域研究的嚴(yán)重不足[1]。

近幾年，歐洲、澳大利亞、美國和日本等地區(qū)和國家相繼開展了兒童約束系統(tǒng)側(cè)面碰撞試驗方法的研究。歐洲ECE R129、澳大利亞AS 1754給出了相應(yīng)的兒童約束系統(tǒng)側(cè)面碰撞臺車試驗的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，且試驗方法和傷害評價上也存在較大的差別。2015版E-NCAP中AE-MDB側(cè)面碰撞試驗中，駕駛員和前排乘員后面的座椅分別放置Q10和Q6假人，以測試車輛在側(cè)面碰撞中對Q10和Q6兒童的保護(hù)效果。而我國法規(guī)在實車側(cè)面碰撞上對兒童的保護(hù)測試和評價是一片空白，因此，開展有關(guān)兒童約束系統(tǒng)實車側(cè)面碰撞安全性能的測試研究就顯得很有必要。

1 試驗方案

1.1 試驗方法

試驗車輛后備箱配重25kg行李質(zhì)量。駕駛員座椅的前后方向和上下方向均調(diào)節(jié)至中間位置，靠背角調(diào)節(jié)至23，頭枕調(diào)節(jié)至中間鎖止位置。

Q1.5歲兒童假人乘坐于后向兒童座椅，上手臂緊貼上軀干和座椅靠背，手掌緊貼大腿和坐墊。兒童乘員安裝于駕駛員側(cè)后排座椅，如圖1。調(diào)整兒童安全帶時，給拉帶施加250±25N的力。此座椅前后方向調(diào)節(jié)至中間位置，上下方向調(diào)節(jié)至最低位置，靠背角調(diào)節(jié)至23，頭枕調(diào)節(jié)至最低鎖止位置。

950kg的移動壁障以50.5km/h的速度垂直撞擊試驗車輛駕駛員側(cè)，撞擊中心面過駕駛員R點。碰撞塊滿足EEVC WG13的要求。

Q1.5假人采集頭部、頸部、胸部和骨盆等部位的傷害數(shù)據(jù)，具體的通道配置如表1。為采集兒童假人在碰撞過程中的運動姿態(tài)，在兒童乘員正前方安裝車載高速攝像機，以記錄車內(nèi)飾與CRS、CRS與兒童假人的碰撞和接觸過程。

為了體現(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠性和代表性，所選用的試驗車型包括了包含A級、B級、SUV和MPV，總共10輛汽車。

2 假人傷害分析

以下對Q1.5假人頭部、頸部、胸部和骨盆數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)的分析。

2.1 兒童假人頭部數(shù)據(jù)分析

兒童假人頭部合成加速度的最大值如圖2所示。由圖可知，頭部3ms合成加速度的最大值為59.4g，最小值為22.8g，平均值為31.9g。其中，大部分?jǐn)?shù)值低于平均值。說明大部分車型在此指標(biāo)上對兒童的保護(hù)比較好。

頭部3ms累加速度如圖3所示。由圖可知，頭部3ms合成加速度的最大值為58.3g，最小值為22.2g，平均值為31.0g。Euro-NCAP評價規(guī)程中，正面碰撞中1.5歲頭部3ms合成加速度的高性能指標(biāo)和低性能指標(biāo)分別為72g和88g。所有數(shù)據(jù)均小于72g，但有一次試驗為58.3，存在一定的受傷風(fēng)險。

頭部HIC15傷害值如圖4所示，HIC15傷害值的最大值為277，最小值為29，平均值為92.1。大部分?jǐn)?shù)值低于平均值。Euro-NCAP評價規(guī)程中，正面碰撞中1.5歲頭部HIC15的高性能指標(biāo)和低性能指標(biāo)分別為500和700。所有試驗中，HIC15的最大值為高性能指標(biāo)的55.4%，且平均值為高性能值的18.4%。由于兒童座椅的頭枕具有良好的吸能緩沖作用，所以能有效降低HIC15。

整體分析Q1.5頭部的數(shù)據(jù)可知，頭部X向和Z向加速度比較接近，而Y向加速度大約是X向或者Z向的2倍。10次試驗中，有一次頭部3ms合成加速度為58.3g，這對兒童頭部的損傷比較大。查看視頻可知，此次試驗為A級車，車門內(nèi)飾與兒童座椅的距離小，在碰撞過程中，車門變形較大，兒童座椅直接與車門內(nèi)飾發(fā)生擠壓碰撞。

2.2 假人頸部數(shù)據(jù)分析

Q1.5頸部Y方向上受力是由于假人頭部和頸部發(fā)生相互剪切產(chǎn)生了。各次試驗頸部Fy的最大值如圖5所示，最大值為0.45kN，最小值為0.15kN，平均值為0.26kN。

Q1.5頸部Z方向上受力是由于假人頭部的甩動而產(chǎn)生的，各次試驗頸部Fz的最大值如圖6所示，最大值為0.62kN，最小值為0.22kN，平均值為0.41kN。Euro-NCAP評價規(guī)程中，正面碰撞中1.5歲頸部Fz的高性能指標(biāo)和低性能指標(biāo)分別為1.7kN和2.62kN。各次試驗中，F(xiàn)z的最大值是高性能指標(biāo)的36.5%。所以，側(cè)面碰撞中，1.5歲兒童假人的頸部被較好地保護(hù)。

Q1.5頸部X方向上彎矩是由于假人頭部側(cè)向偏轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的，各次試驗頸部Mx的最大值如圖7所示，最大值為17.44Nm，最小值為5.65Nm，平均值為9.36Nm。

整體分析Q1.5頸部的數(shù)據(jù)可知，各指標(biāo)數(shù)值都不大，說明在碰撞中，兒童座椅能對Q1.5兒童的頸部起到一個較好的保護(hù)作用。Fx的值和Fy接近，F(xiàn)z接近Fx或Fy的2倍。同時，Mx與My和Mz的值差異不大。說明假人在運動中頭受到甩動，并帶有各方向的轉(zhuǎn)動。分析高速攝像，結(jié)果與數(shù)據(jù)分析一致。碰撞過程中，由于假人的胸部和腹部受到CRS安全帶的約束，假人頭部先接觸CRS頭枕后，頭部同時發(fā)生Z軸和Y軸的轉(zhuǎn)動。

2.3 假人胸部數(shù)據(jù)分析

假人胸部合成加速度的最大值如圖8所示。由圖可知，胸部3ms合成加速度的最大值為78.0g，最小值為35.7g，平均值為31.9g。其中，大部分?jǐn)?shù)值低于平均值。說明大部分車型在此指標(biāo)上對兒童胸部的保護(hù)比較好。但A0車型，CRS與門內(nèi)飾間的間隙相對較小。因此，碰撞過程中，兒童受到非常嚴(yán)重的沖擊。對兒童而言，78.0g的合成加速度峰值是比較危險的。

胸部3ms累積加速度如圖9所示。由圖可知，胸部3ms合成加速度的最大值為55.1g，最小值為20.3g，平均值為31.3g。其中，大部分?jǐn)?shù)值低于平均值。Euro-NCAP評價規(guī)程中，正面碰撞中1.5歲胸部3ms合成加速度的高性能指標(biāo)和低性能指標(biāo)分別為41g和55g。10次試驗中，有2次試驗超出高性能指標(biāo)，其中1次試驗超過低性能指標(biāo)。說明側(cè)面碰撞對兒童胸部有嚴(yán)重的受傷風(fēng)險。

各次試驗假人胸部Y方向上壓縮量的最大值如圖10所示。由圖可知，兒童假人胸部X方向壓縮量的最大值為10.1mm，最小值為5.1mm，平均值為6.7mm。

各次試驗假人胸部粘性指數(shù)VC的最大值如圖11所示。由圖可知，兒童假人胸部粘性指數(shù)的最大值為0.2m/s，最小值為0.02m/s，平均值為0.07m/s。

2.4 假人骨盆數(shù)據(jù)分析

各次試驗假人骨盆合成加速度的最大值如圖12所示。由圖可知，骨盆合成加速度的最大值為89.3g，最小值為38.3g，平均值為54.2g。

各次試驗骨盆3ms累積加速度如圖13所示。由圖可知，骨盆3ms合成加速度的最大值為85.1g，最小值為37.1g，平均值為50.9g。有2次試驗數(shù)值大于55g，其中一次超過85g，結(jié)合視頻數(shù)據(jù)可知，假人骨盆收到嚴(yán)重的擠壓，有較大的損傷風(fēng)險。

3 假人運動響應(yīng)分析

分析Q1.5的高速攝像，可知，各個試驗的兒童假人的運動響應(yīng)比較一致，只是碰撞的強度有差異。

在碰撞前，假人與CRS、CRS與車門內(nèi)飾的位置關(guān)系如圖14（a）。發(fā)生碰撞后，門內(nèi)飾向CRS方向入侵，CRS向門內(nèi)飾方向相對運動。因受到門內(nèi)飾扶手的阻擋，CRS將碰撞力傳遞至Q1.5假人。假人的肩部最先與CRS發(fā)生碰撞，如圖14（b）。隨后，因為假人上胳膊的擠壓，胸部也開始受到擠壓，如圖14（c）。隨著碰撞的繼續(xù)進(jìn)行，骨盆與CRS發(fā)生碰撞。數(shù)毫秒后，頭部與CRS擠壓碰撞，如圖14（d）。繼而，在CRS的沖擊下，假人骨盆最先向車內(nèi)方向反彈，如圖14（e）。從查看高速攝像可以得知，CRS在碰撞過程中對兒童乘員的保護(hù)起到關(guān)鍵的作用。兒童安全將兒童乘員牢牢地約束住，防止兒童乘員從CRS中掙脫。安全座椅阻隔了兒童與車內(nèi)飾的直接碰撞接觸，并且兒童座椅具有緩沖吸能作用，尤其是頭枕對兒童的頭部的保護(hù)作用。

4 兒童損傷評價分析

目前，所有法規(guī)中，只有ECE R129在側(cè)面滑臺試驗中對Q1.5歲兒童的評價指標(biāo)作出規(guī)定，且只評價頭部損傷，上頸部Fz和Mx僅采數(shù)據(jù)以觀察和監(jiān)控。頭部損傷指標(biāo)分別為頭部HIC15和3ms累計加速度，相應(yīng)的損傷容限為600和75g。

10次實車碰撞試驗中，兒童乘員頭部HIC15的最大值為277，為損傷限值的46%。而3ms累計加速度為58.3g，為損傷限值的77.7%。從數(shù)據(jù)和視頻可知，目前，1.5歲兒童乘員的頭部存在較小的受傷風(fēng)險。

東盟NCAP正碰試驗中，1.5歲兒童上頸部拉力Fz的損傷扣分點為1.7kN。本研究中采集上頸部拉力Fz的最大值為0.62 kN，為扣分點的36.5%。上頸部Mx的數(shù)值比較小。所以車輛對Q1.5兒童乘員的頸部起到一個較好的保護(hù)作用。

東盟NCAP正碰試驗中，1.5歲兒童胸部3ms累計加速度的扣分點為41g，損傷限值為55g。10次試驗中，有2次試驗的數(shù)值達(dá)到扣分點，其中1次試驗的數(shù)值超過損傷限值。所以1.5歲兒童胸部兒童的胸部受傷的風(fēng)險較大，應(yīng)對胸部進(jìn)行評價。

側(cè)面碰撞法規(guī)中，沒有1.5歲兒童乘員腹部的相關(guān)評價，從高速攝像分析中可得知，車輛側(cè)面收到撞擊時，車門變形，車門扶手沖擊兒童座椅基座，直接將力傳遞到1.5歲兒童乘員骨盆。10試驗中，骨盆采集的數(shù)據(jù)的最大值為89.3g，數(shù)值較大，存在較大損傷風(fēng)險，應(yīng)對骨盆進(jìn)行評價。

5 結(jié)論

從高速攝像分析，CRS能有效約束兒童乘員，能有效地降低兒童乘員受傷的風(fēng)險。

從Q1.5兒童假人采集的數(shù)據(jù)分析，目前市場上的車輛對1.5歲兒童乘員頸部的保護(hù)比較好，頭部存在較小的損傷風(fēng)險，而胸部和骨盆有較大的受傷風(fēng)險。應(yīng)加強對1.5兒童乘員的頭部、胸部和腹部進(jìn)行評價，以有效保護(hù)兒童假人。

從車型上看，車內(nèi)空間越大，對兒童乘員的保護(hù)越好。

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