21版C-NCAP MPDB工況下的Q10兒童滑肩研究

劉磊　田威　王立民

摘 要：21版C-NCAP MPDB試驗工況，對后排Q10滑肩進(jìn)行了評價，如假人前移過程中，達(dá)到最大位移之前，安全帶勒脖子或滑落到肩部以下，則罰1分，通過MPDB試驗碰撞后車輛的運動情況可以分析出，在MPDB試驗碰撞過程中，Q10假人會隨著車輛前端結(jié)構(gòu)壓潰變形和偏轉(zhuǎn)運動進(jìn)行X方向和Z方向的運動，在Y方向上相對車輛相背運動，故Q10假人出現(xiàn)安全帶勒脖子的情況很少，出現(xiàn)滑肩的情況和風(fēng)險比較大。通常從試驗過程的高速攝像對Q10假人滑肩進(jìn)行分析，但兒童在運動過程中，兒童假人的頭部、脖頸、手臂、兒童座椅頭枕都有可能遮擋住高速錄像，造成兒童滑肩評價缺少視頻依據(jù)，對兒童滑肩的研究很有必要。本文研究了10次試驗的視頻，總結(jié)了幾種普遍適用的方法，并從兒童座椅和車輛座椅兩方面進(jìn)行分析，指出了兒童座椅結(jié)構(gòu)的重要性，同時對車輛座椅的約束能力進(jìn)行分析，如能夠?qū)和玫厥`到座椅上，滑肩的風(fēng)險會大大降低。

關(guān)鍵詞：MPDB試驗 Q10假人 滑肩 主觀評價

1 前言

21版MPDB工況中對Q10兒童的滑肩進(jìn)行了評價，對車身約束系統(tǒng)和兒童假人的安全考慮提出了更高的要求[1]，不僅要保證在碰撞過程中兒童假人的傷害值不能超標(biāo)，具體評價要求見下表1，還要保證兒童能夠很好地被約束到座椅上，避免被拋出的風(fēng)險。

在碰撞過程中，由于不同的兒童座椅形式不同、兒童的約束系統(tǒng)差別、車輛整體的運動姿態(tài)差異，兒童假人存在運動方向的不確定性和不穩(wěn)定性。兒童在運動過程中，兒童假人的頭部、脖頸、手臂都有可能遮擋住高速錄像，造成兒童滑肩評價缺少視頻依據(jù)，對兒童滑肩的研究很有必要。

2 安全帶約束量

碰撞過程中，安全帶拉出量過多會導(dǎo)致兒童約束力不足，Q10兒童由于向前不定向旋轉(zhuǎn)運動，導(dǎo)致兒童發(fā)生座椅離位滑肩。如可能應(yīng)盡量減少安全帶的拉出量，保證約束系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。

3 視頻分析方法研究

高速攝像動態(tài)分析是汽車碰撞動態(tài)分析的重要組成部分[2]。通過高速攝像，找出Q10兒童頭部運動到最前的位置，此時定義安全帶路徑為Q10運動到最前位置時的輪廓位置，如下圖1所示，兩條平行直線表示安全帶路徑。

定義Q10兒童肩部位置為Q10運動到最前位置時的肩部輪廓位置，如下圖2所示，通過Q10兒童手臂和肩部的線條交點確定了Q10兒童的肩部位置。

通過安全帶位置和兒童肩部位置的相對位置關(guān)系，判定滑肩的風(fēng)險性，如圖3所示，兒童肩部點處在安全帶路徑內(nèi)，但是已經(jīng)靠近安全帶的下邊緣，存在滑肩風(fēng)險。

對10次試驗的視頻進(jìn)行了分析，可以看出上述視頻分析方法適用性較高。對試驗視頻進(jìn)行分析，肩膀點的位置有三種情況。

情況一：肩膀點位于安全帶路徑的左側(cè)，此種情況，安全帶無滑肩風(fēng)險，如下圖4所示：

情況二：肩膀點位于安全帶路徑的中間位置，此種情況，安全帶有一定的滑肩風(fēng)險，如下圖5所示。

情況三：肩膀點位于安全帶路徑的右側(cè)，此種情況，安全帶滑肩風(fēng)險很大，如下圖所示，已出現(xiàn)滑肩，安全帶脫落到肩膀下

4 標(biāo)記方法研究

通過高速攝像對假人的運動進(jìn)行分析，使用一些輔助的方式可以很有效地對滑肩做出評價，比如試驗前貼一些標(biāo)記點，如下圖所示，試驗前假人定位完成后，在安全帶與假人胸部位置貼兩個已分成半圓狀態(tài)的寶馬貼。

通過視頻可以看出，假人向前運動，安全帶收緊，安全帶約束假人的路徑未發(fā)生明顯的變化，未發(fā)生滑肩現(xiàn)象，如下圖8所示：

或者通過其他的方式，可以采用將肩部與大臂兩個部位進(jìn)行區(qū)分，穿著不同的顏色或涂上不同的顏色，當(dāng)安全帶滑落到另一個顏色區(qū)域，則判定安全帶滑肩；也可以通過布置多個車載相機進(jìn)行不同視角的拍攝和判定。[3]

5 車輛安全帶預(yù)緊時間

通過10次試驗的分析，發(fā)現(xiàn)安全帶更早的點爆發(fā)揮預(yù)緊功能，安全帶提前預(yù)緊有利于兒童假人的束縛，通過增大安全帶的拉出阻力，降低安全帶拉出量，使得兒童假人牢固地束縛到兒童座椅上，在MPDB試驗過程中，車輛產(chǎn)生Z方向的運動，帶動兒童假人向Z方向發(fā)生跳動，此時安全帶束縛的作用尤為重要，需要限制Q10假人Z向的跳動。

目前市面上安全帶使用按照性能要求分為緊急鎖止式、預(yù)緊限力式和自動鎖止式等，普遍裝配預(yù)緊限力式安全帶[4]，對于Q10假人而言，在運動過程中，對其進(jìn)行力的分析，安全帶限力F來自于安全帶鎖止，可以使用肩帶力傳感器對F進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，采集碰撞過程中任一時刻的力。肩帶力要具備穩(wěn)定性，防止在碰撞過程中出現(xiàn)力的階變造成安全帶力方向的變化，引起安全帶束縛方向發(fā)生變化進(jìn)而增大安全帶滑肩的風(fēng)險。

在假人的運動過程中，假人的動能主要被安全帶的阻力消散，安全帶對假人產(chǎn)生向后的阻力，阻力來源于預(yù)緊鎖止力，預(yù)緊鎖止力做功使得假人束縛在座椅上。安全帶與假人作用主要分為三個階段，第一個階段為安全帶預(yù)緊的前期階段，安全帶收緊，并沒有對假人產(chǎn)生比較大的阻力；第二個階段為鎖止力起作用的階段，此時對假人產(chǎn)生約束阻力；第三個階段為假人反彈階段，也沒有對假人產(chǎn)生阻力?？梢钥闯?，對假人的約束主要在第二個階段，適當(dāng)提高預(yù)緊力的大小可以有效降低安全帶拉伸的距離，進(jìn)而減少假人運動的空間，降低滑肩的風(fēng)險。

在假人向前運動過程中，同時會產(chǎn)生安全帶與假人的相對位移，安全帶與假人衣物之間的摩擦力f作用于假人運動，如能提供更大的摩擦力，約束作用會更好。

摩擦力的影響因素主要為安全帶的材料的摩擦系數(shù)和寬度，考慮到安全帶材質(zhì)的要求：安全帶主要原料是滌綸、丙綸、尼龍，在安全帶強度滿足要求的前提下可以選取摩擦系數(shù)更大的材質(zhì)。同時，在滿足法規(guī)與匹配的前提下，適當(dāng)?shù)丶訉挵踩珟У膶挾取?/p>

6 兒童座椅的影響

兒童座椅對Q10假人的運動也有一定的影響，從10次試驗的數(shù)據(jù)可以看出，BRITAX S座椅由于存在骨盆防下潛機構(gòu)及前端導(dǎo)向鉤和肩部導(dǎo)向環(huán)結(jié)構(gòu)，使得兒童座椅更好地與兒童貼合，降低了兒童假人向前向上的運動，滑肩的風(fēng)險較低，同時證明了此款兒童座椅的結(jié)構(gòu)設(shè)計是較為合理和有效的；對于一些其他品牌座椅，與兒童假人的貼合度較BRITAX 2S座椅差一些；對于增高墊類的Q10兒童座椅，肩部無導(dǎo)向束縛，Q10的肩部可控度較差，滑肩的風(fēng)險較高，同時伴隨一定程度的下潛情況發(fā)生[5]。相比安裝的CRS座椅，車輛如能配備自適應(yīng)集成CRS，對兒童約束和保護也是一種較好的方式[6]。

7 車輛安全帶高調(diào)的影響

安全帶高調(diào)的位置盡量高，盡量位于肩膀中間靠近脖子的位置，但不應(yīng)過高以防在假人運動過程中出現(xiàn)勒脖子的現(xiàn)象，坐墊盡量選擇較高一點，假人整體坐姿會較高，可以使得肩膀與安全帶接觸更多，受力面積更大，約束力更大。

8 總結(jié)

MPDB試驗中Q10下潛是一個多維度的分析研究，從多次試驗的視頻分析可以總結(jié)出Q10假人滑肩的方法，對此項評價具有指導(dǎo)意義，同時，從約束系統(tǒng)角度分析，涉及到兒童座椅固定方式、兒童座椅結(jié)構(gòu)、安全帶拉出量、安全帶預(yù)緊時間、安全帶預(yù)緊力等多個因素，如更好的束縛假人的運動，就能夠大大降低Q10兒童滑肩的風(fēng)險。

參考文獻(xiàn)：

[1]包永濤. 基于2021版C-NCAP的Q10兒童假人傷害研究分析[C]//.2021Altair技術(shù)大會論文集.[出版者不詳]，2021：12-17.DOI：10.26914/c.cnkihy.2021.048114.

[2]李帆，漆岸凌，徐世平，鄒陽，魯鑫.基于高速攝像的汽車碰撞動態(tài)分析方法研究[J].汽車零部件，2022，（08）：32-35.

[3]高龍，梁亞飛.淺談高速攝像系統(tǒng)在車輛碰撞試驗中的應(yīng)用[J].電子測試，2021，（11）：100-101.

[4]趙中興，湯珮.車輛安全帶設(shè)計開發(fā)經(jīng)驗淺談[J].農(nóng)業(yè)機械，2011（12）：56-58.DOI：10.16167/j.cnki.1000-9868.2011.12.007.

[5]韓勇，呂春成，唐斌，黃紅武，羅潔思，余意.增高墊型CRS對小偏置碰撞中兒童乘員的損傷與防護[J].汽車安全與節(jié)能學(xué)報，2020，11（04）：444-453.

[6]王韶華.兒童安全防護的發(fā)展現(xiàn)狀[J].時代汽車，2019，（21）：89-90.