實(shí)車側(cè)面柱碰撞Q3假人的損傷研究

劉磊　彭文春　何成　謝軍

摘 要：針對目前國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)缺乏對Q3假人在實(shí)車側(cè)面柱碰撞工況下的測試和評價(jià)，開展了9個實(shí)車側(cè)面柱碰撞試驗(yàn)，將Q3假人放置在駕駛員后排座椅。結(jié)果顯示，頭部3ms累積合成加速度只有1次試驗(yàn)沒有扣分，有2次超出低性能值；HIC15有4次出現(xiàn)扣分，1次超出低性能值；胸部3ms累積合成加速度只有1次小于低性能值；骨盆合成加速度峰值大。頸部的受傷風(fēng)險(xiǎn)小。Q3假人的頭部、胸部和腹部有較大受傷的風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)納入評價(jià)指標(biāo)。

關(guān)鍵詞：Q3假人 側(cè)面柱碰撞試驗(yàn) 評價(jià)指標(biāo)

車輛發(fā)生側(cè)面碰撞交通事故的頻率僅次于正面碰撞[1-3]。車輛側(cè)面空間小，發(fā)生側(cè)面碰撞后，兒童會迅速發(fā)生二次碰撞，生產(chǎn)情況比較惡劣。研究表明，在車輛側(cè)面碰撞交通事故中，兒童乘員的頭部和胸部容易受到嚴(yán)重?fù)p傷[4，5]。

側(cè)面柱碰撞更加不同于側(cè)面碰撞，碰撞位置的車體變形更加嚴(yán)重，嚴(yán)重時(shí)，車體發(fā)生折彎。Q3假人在側(cè)面柱碰撞中的損傷情況未知。而且我國法規(guī)在實(shí)車側(cè)面柱碰撞上對兒童保護(hù)的測試和評價(jià)是一片空白，因此，開展有關(guān)兒童約束系統(tǒng)實(shí)車側(cè)面柱碰撞安全性能的測試研究就顯得很有必要。

1 試驗(yàn)方案

1.1 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)車輛后備箱對行李質(zhì)量進(jìn)行配重，行李質(zhì)量為46kg或額定貨物和行李的質(zhì)量-90kg（取質(zhì)量較小者）。駕駛員和副駕駛員座椅依照廠家的設(shè)計(jì)位置進(jìn)行調(diào)節(jié)。在駕駛員位置放置一個WorldSID 50th型側(cè)碰撞假人。在副駕駛員位置放置一個ES-2型側(cè)碰假人。

Q3假人乘坐于前向或者后向兒童座椅，上手臂緊貼上軀干，與胸椎平行，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。調(diào)整兒童安全帶時(shí)，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。

滑動車輛橫向至剛性柱，當(dāng)接觸發(fā)生時(shí)，平行于車輛碰撞速度矢量的垂直面（圖1）與車輛縱向中心線之間應(yīng)形成75°±3°的碰撞角度。

Q3假人采集頭部、頸部、胸部和骨盆等部位的傷害數(shù)據(jù)。為采集兒童假人在碰撞過程中的運(yùn)動姿態(tài)，在兒童乘員正前方安裝車載高速攝像機(jī)。

目前車輛占有率高的為SUV，本研究選取小型和中型SUV作為研究對象，總共9輛車，其中小型SUV為4輛，中型SUV為5輛。第1、5、9次試驗(yàn)為前向CRS安裝，其他為后向CRS安裝。

2 假人傷害分析

以下對Q3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 Q3假人頭部數(shù)據(jù)分析

頭部3ms累積合成加速度如圖2所示。由圖可知，頭部3ms累積合成加速度的最大值為95.78g，最小值為54.53g，平均值為69.54g。C-NCAP評價(jià)規(guī)程2021版中，正面碰撞中Q3假人頭部3ms合成加速度的高性能值和低性能值分別為60g和80g。只有1次試驗(yàn)小于60g，有2次試驗(yàn)大于80g。

頭部HIC15傷害值如圖3所示，HIC15傷害值的最大值為705，最小值為315，平均值為438.8。C-NCAP評價(jià)規(guī)程中，正面碰撞中Q3假人頭部HIC15的高性能值和低性能值分別為500和700。4次試驗(yàn)超過高性能值，其中有1次試驗(yàn)超出低性能值。

整體分析Q3假人頭部的數(shù)據(jù)可知，Q3假人頭部有很大的受傷風(fēng)險(xiǎn)，甚至對兒童有致死的可能。CRS后向安裝的Q3假人傷害相對較小。

2.2 假人頸部數(shù)據(jù)分析

各次試驗(yàn)頸部Fy的最大值如圖4所示，最大值為0.54kN，最小值為0.03kN，平均值為0.19kN。

各次試驗(yàn)頸部Fz的最大值如圖5所示，最大值為1.47kN，最小值為0.14kN，平均值為0.61kN。C-NCAP評價(jià)規(guī)程中，正面碰撞中Q3假人頸部Fz的高性能值和低性能值分別為1.555kN和2.84kN。各次試驗(yàn)中，F(xiàn)z的最大值是高性能值的94.5%。

各次試驗(yàn)頸部Mx的最大值如圖6所示，最大值為28.74Nm，最小值為3.91Nm，平均值為11.36Nm。

整體分析Q3頸部的數(shù)據(jù)可知，各值數(shù)值都不大。說明在碰撞中，兒童座椅能對Q3假人的頸部起到一個較好的保護(hù)作用。有2次試驗(yàn)的Fz超過1.3kN，所以，側(cè)面柱碰中，Q3假人的頸部也存在一定的受傷風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 假人胸部數(shù)據(jù)分析

胸部3ms累積加速度如圖7所示。由圖可知，胸部3ms合成加速度的最大值為79.51g，最小值為51.79g，平均值為66.61g。C-NCAP評價(jià)規(guī)程中，正面碰撞中Q3假人胸部3ms合成加速度的高性能值和低性能值分別為41g和55g。9次試驗(yàn)全部超出高性能值，只有1次試驗(yàn)小于低性能值。說明側(cè)面柱碰對Q3兒童胸部有嚴(yán)重的受傷風(fēng)險(xiǎn)。

各次試驗(yàn)假人胸部Y方向上壓縮量的最大值如圖8所示。由圖可知，Q3假人胸部X方向壓縮量的最大值為7.73mm，最小值為0.63mm，平均值為4.17mm。

2.4 假人骨盆數(shù)據(jù)分析

各次試驗(yàn)假人骨盆合成加速度的最大值如圖9所示。由圖可知，骨盆合成加速度的最大值為91.01g，最小值為58.01g，平均值為75.96g。假人骨盆受到嚴(yán)重的擠壓，有較大的損傷風(fēng)險(xiǎn)。

3 假人運(yùn)動響應(yīng)分析

前向CRS安裝與后向CRS安裝比較，Q3假人的運(yùn)動響應(yīng)不同。

前向CRS采用ISOFIX和上拉帶進(jìn)行固定，CRS穩(wěn)固地固定車輛座椅上。發(fā)生碰撞后，CRS和Q3假人向車門內(nèi)飾運(yùn)動，伴隨繞ISOFIX的輕微轉(zhuǎn)動，并迅速被車門內(nèi)飾扶手阻擋，如圖10（a）。因?yàn)镃RS的束縛，Q3假人與CRS發(fā)生擠壓，手臂和腿與車門內(nèi)飾接觸，如圖10（b）。整個碰撞過程中，Q3假人的頭部和上軀干被舒服在CRS內(nèi)，未與車內(nèi)飾發(fā)生接觸，如圖10（c）。Q3假人的頭部、胸部、腹部發(fā)生嚴(yán)重的擠壓。

后向CRS采用車輛安全帶進(jìn)行固定，相對ISOFIX和上拉帶的固定更加松動。發(fā)生碰撞后，CRS和Q3假人向車門內(nèi)飾快速移動，并被車門內(nèi)飾阻擋，如圖11（a）。因?yàn)镃RS的束縛，Q3假人與CRS發(fā)生擠壓，手臂和腿與車門內(nèi)飾接觸，如圖11（b）。整個碰撞過程中，Q3假人的頭部和上軀干被舒服在CRS內(nèi)，未與車內(nèi)飾發(fā)生接觸，如圖11（c）。因?yàn)镃RS固定方式的松動，Q3假人的頭部在碰撞過程中轉(zhuǎn)動較大。

2種安裝方式，CRS將兒童乘員牢牢地約束住，防止兒童乘員從CRS中掙脫。CRS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。側(cè)氣簾對2種安裝方式的兒童保護(hù)沒有重要意義。前向安裝，因固定穩(wěn)固，CRS和Q3未與側(cè)氣簾發(fā)生嚴(yán)重的擠壓。而后向安裝，碰撞區(qū)域內(nèi)沒有充氣區(qū)域，所以側(cè)氣簾無保護(hù)效果。

4 Q3兒童損傷評價(jià)分析

關(guān)于頭部的評價(jià)，ECE R129在側(cè)面滑臺試驗(yàn)中對Q3假人的HIC15和3ms累積合成加速度要求的損傷容限為800和80g。C-NCAP評價(jià)規(guī)程2021版對Q3假人的HIC15和3ms累積合成加速度要求的損傷容限為500和60g。9次實(shí)車碰撞試驗(yàn)中，兒童乘員頭部HIC15的最大值為750，為損傷限值的1.5倍。而3ms累積合成加速度為95.78g，為損傷限值的1.6倍。目前，3歲兒童乘員的頭部存在較大的受傷風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān)于頸部的評價(jià)，東盟NCAP正碰試驗(yàn)Q3假人頸部Fz的扣分點(diǎn)為1.7kN。C-NCAP評價(jià)規(guī)程2021版正碰試驗(yàn)Q3假人頸部Fz的扣分點(diǎn)為1.555kN。本研究中Fz的最大值為1.47kN，為扣分點(diǎn)的94.5%。所以車輛對Q3假人的頸部起到一個較好的保護(hù)作用。

關(guān)于胸部的評價(jià)，東盟NCAP和C-NCAP評價(jià)規(guī)程2021版正碰試驗(yàn)Q3假人胸部3ms累積加速度的扣分點(diǎn)為41g，損傷限值為55g。9次試驗(yàn)全部超出扣分點(diǎn)，且有8次試驗(yàn)高于損傷限值。說明側(cè)面柱碰對Q3兒童胸部有嚴(yán)重的受傷風(fēng)險(xiǎn)。

沒有法規(guī)對Q3假人腹部進(jìn)行評價(jià)，從高速攝像分析中可得知，碰撞后，Q3假人于CRS發(fā)生嚴(yán)重?cái)D壓，骨盆累積合成加速度數(shù)值大，存在較大損傷風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)對骨盆進(jìn)行評價(jià)。

5 結(jié)論

從高速攝像分析，CRS能有效約束兒童乘員，使Q3牢牢地保持在CRS中。

從Q3假人采集的數(shù)據(jù)分析，目前市場上的車輛對Q3假人頸部的保護(hù)比較好。但頭部、胸部和骨盆有較大的受傷風(fēng)險(xiǎn)。應(yīng)加強(qiáng)對Q3假人的頭部、胸部和腹部進(jìn)行評價(jià)，以在側(cè)柱碰撞事故中有效保護(hù)3歲兒童。

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