兒童約束系統測試用兒童假人綜述

馬偉，呂仕爽，楊斌，張慧云（國家汽車質量監督檢驗中心［襄陽］，襄陽441004）

兒童約束系統測試用兒童假人綜述

馬偉，呂仕爽，楊斌，張慧云
（國家汽車質量監督檢驗中心［襄陽］，襄陽441004）

隨著車內兒童乘員安全研究的不斷推進，兒童約束系統（CRS）的標準法規不斷修訂，CRS碰撞測試用兒童假人也一直在發展變化。目前國際上主要的CRS標準FMVSS 213、ECE R44、以及最新的ECE R129分別采用不同的假人進行測試。本文對上述標準所使用的假人進行了闡述。

兒童約束系統；兒童假人

引　言

兒童假人是兒童約束系統（CRS）測試中非常重要的試驗設備。目前國際上主要的CRS標準：美國的FMVSS213、歐洲的ECE R44、以及ECE R129中分別規定使用不同的兒童假人。FMVSS 213分別使用了CAMI 、CRABI和Hybrid III系列兒童假人；ECE R44要求使用P系列兒童假人；ECE R129則規定使用最新的Q系列兒童假人。我國GB27887-2011《機動車兒童乘員用約束系統》采標于ECE R44（修訂本2），所以也采用P系列兒童假人。各系列兒童假人的結構、質量分布、主要尺寸、測試能力等方面存在較大的差異。本文對上述美標和歐標使用的兒童假人的型號、假人的傷害指標進行總結，并分別對各系列兒童假人的主要特征、測試能力等進行了研究。并對我國相關汽車安全兒童法規對兒童假人的應用情況進行梳理和總結。

1　FMVSS 213測試用兒童假人

FMVSS 213根據CRS適用的兒童的體重和身高對其劃分組別，不同的組別分別會使用到CAMI、CRABI、和Hybrid III等不同類型的兒童測試假人。這些不同類型的碰撞假人及其標定標準在美國聯邦法規49CFR 572《擬人試驗裝置》都有詳細的規定。詳細信息見表1.1所示。

FMVSS 213 規定了動態試驗中兒童頭部的損傷指標HIC（36）及位移限值，同時也規定了假人胸部合成加速度和膝部的最大位移限值，詳細的損傷指標見表1.2所示：

1.1CAMI兒童假人

CAMI（Civil Aeronautical Medical Institute）嬰兒假人在FMVSS 213和美國聯邦法規CFR49 PART 572中作為CRS測試用嬰兒組假人。CAMI系列嬰兒假人共有新生兒和六個月大兩個型號，其設計參數基于NHTSA（美國公路交通安全管理局）數據庫。CAMI嬰兒假人的骨架由皮革構成，肌肉是由泡沫填充，表面覆蓋一層帆布。該款嬰兒假人在尺寸、外形和質量上與真實嬰兒非常接近，但是在碰撞響應與真實嬰兒差別很大，同時該款假人不能安裝任何傳感器進行測量。CAMI Newborn假人如圖1.1所示：

1.2CRABI兒童假人

表1　.1　FMVSS 213規定使用的兒童假人

CAMI嬰兒假人不能進行任何數據上的測量，對于碰撞安全的研究意義不大。所以目前采用的嬰兒假人為CRABI（child restraint/air bag interaction）系列。CRABI嬰兒假人共有6個月、12個月和18個月等三個型號。它是由FTSS公司設計，人體測量學參數基于密歇根大學交通研究所（University of Michigan Transportation Research Institute）的報告，各個部位的重量分布及縮放方式都通過了SAE嬰兒工作組要求，其頭部通過縮放成人假人的頭部得到，頸部具有更大的伸展運動。這系列嬰兒假人具有向后約束的反應敏感性，能夠適用于所有類型的碰撞。CRABI 12個月大假人如圖1.2所示：

CRABI嬰兒假人的設計是基于Hybrid Ⅲ 50百分位男性假人，由于嬰兒的生理解剖學特點與成人差異較大，所以CRABI假人并不能很真實地模擬實際的嬰兒響應，但是相比于CAMI嬰兒假人，它具有更為完善的結構并且能夠進行數據的采集，已經是一個較大的改進。

1.3Hybrid Ⅲ兒童假人

1992年，美國SAE生物力學協會與美國公路交通安全管理局（NHTSA）開始開發Hybrid Ⅲ兒童假人。該系列兒童假人共有三種型號：3歲、6歲和10歲。其中6歲于1993年開始開發，10歲于2000年開始開發。該系列兒童假人是在HybridⅢ成人假人的基礎上設計，除了頭部、胸部和盆骨具有相應加速度傳感器，同時還擁有脊椎和軀干加速度傳感器，具有很高的損傷評價能力。該系列兒童假人相對比較完善，至今還在使用，但是它也有一些不足，由于Hybrid Ⅲ假人是針對正面碰撞設計的，所以該系列兒童假人側向響應性能較差。Hybrid Ⅲ 6歲兒童假人如圖1.3所示：

CRABI-12M及HⅢ-3Y、6Y、10Y測試能力詳見表1.3所示：

2　ECE R44測試用兒童假人

ECE R44根據CRS適用的兒童體重對其劃分5個組別，不同的組別分別使用TNO 公司P系列兒童假人的不同型號，詳見表2.1所示：

ECE R44包括正碰和后碰動態試驗，對動態試驗中假人的頭部位移、胸部加速度、腹部侵入性等做了具體的規定，詳細的損傷指標見表2.2所示：

表2　.1 ECE R44規定使用的兒童假人

表2　.2　ECE R44/04規定的假人評價指標

2.1P系列兒童假人

1970年代后期，ECE委員會起草了ECE R44《關于批準動力驅動車輛上兒童乘客座椅約束裝置的統一規定》。由此TNO公司最先開發了兒童假人模型來評估車輛內部的兒童約束裝置。1982年ECE R44開始執行，法規最初描述了P3/4,P3,P6和P10等4種假人，分別代表9個月大的、3歲、6歲和10歲兒童；1988年，又開發了一個簡單的P0假人代表剛出生嬰兒；1995年，在ECE R44中又增加P1?假人，代表18個月兒童。P系列兒童假人如圖2.1所示：

該系列兒童假人的結構特點為：頭部與胸部分別都是一體的，而頸椎和腰椎為分段的橡膠，雖然結構完善但生物仿生度并不高。其中的新生兒P0結構更簡單，它的頭、軀干、四肢是由一個整體構成，表面附有一層PVC材料，脊椎的材料為彈簧鋼，不能安裝任何傳感器。P系列兒童假人的測試能力見表2.3所示：

P系列兒童假人是歐洲ECE R44法規一直采用的兒童假人，而且至今仍在使用，我國C-NCAP中也采用到該系列兒童假人。我國GB27887-2011《機動車兒童乘員用約束系統》采標于ECE R44（修訂本2），所以也采用P系列兒童假人。

P系列假人測試能力詳見表2.3所示：

表2　.3　P系列假人測試能力匯總

3　ECE R129測試用兒童假人

ECE R129《關于批準機動車上加強型兒童乘客座椅約束裝置的統一規定》是歐洲最新的CRS標準。該標準（第一階段）已于2013年7月9日正式生效，不過它將與現行的ECE R44平行運行,直到ECE R129成為唯一標準。

ECE R129根據CRS適用的兒童的年齡和身高對其劃分組別，不同的組別使用不同的測試假人。第一階段只規定了“整體式通用類ISOFIX兒童約束系統（i-Size）”和“特殊車輛類ISOFIX兒童約束系統”。其規定15個月以下的兒童僅能使用后向或側向安裝的兒童約束系統，即（1）為15個月以下的兒童設計的CRS應后向安裝且至少能夠容納身高達到83cm兒童；（2）前向安裝的CRS的設計應不適用于身高低于71cm的兒童； （3）一個既可前向使用又可后向使用的CRS在后向使用時，應至少能夠容納身高達到83cm的兒童；且不應排除超過83cm身高兒童的使用。

由于后向安裝能夠為兒童乘員提供最大的保護，所以標準中同時規定了后向安裝的CRS能夠應用于任何年齡的兒童。

ECE R129中規定應根據CRS造商說明的該產品適用的兒童的尺寸范圍，依據表3.1選擇最大和最小的測試假人，標準規定使用最新的Q系列假人。

Q系列兒童假人的生物逼真性和測試系統的功能顯著提升，損傷評估能力明顯提高，假人損傷指標評價體系全面變化。相比ECE R44，對于正面和后面碰撞動態試驗，ECE R129增加了頭部評價指標HPC（15） 、頸部評價指標Fz、My，保留了胸部合成加速度55g-3ms，取消了垂直加速30g-3ms，取消腹部侵入量這一主觀色彩較濃的評價指標。其中頸部評價指標只用于監測目的，標準強制實施后3年進行此項檢查。

ECE R129新增了側面碰撞動態試驗，損傷指標包括頭部評價指標HPC（15） 、頸部評價指標Fz、My。其中頸部評價指標只用于監測目的，標準強制實施后3年進行此項檢查。與正面和后面碰撞動態試驗比較，側面碰撞沒有胸部指標要求。詳細的損傷指標見表3.2、3.3所示：

表3　.2　ECE R129規定的正面碰撞和追尾碰撞中假人評價指標

表3　.3　ECE R129規定的側面碰撞中假人評價指標

3.1Q系列兒童假人

1993年，歐洲的一些CRS生產商、研究所和試驗機構聯合組成一個兒童假人工作組著手開發Q系列兒童假人。Q假人的發展由CREST支持的TNO和CHILD EC研究項目共同推動，順序如下：Q3 （1998） 、Q6 （1999）、Q1 （2000）、Q0和Q1.5 （2003）。Q10于2010年由被稱為保護大齡兒童項目EPOCh （Enabling Protection of Older Children）的EC項目最后研制成功。Q系列假人尺寸和質量人體測量特征分別基于50百分位的0歲（6周）、 1歲、1.5歲、3歲、6 歲和 10.5歲的兒童。Q系列兒童假人如圖3.1所示：

表3　.1 ECE R129規定的測試假人

Q系列兒童假人的結構并不是特別復雜，其軀干部分的部件相對較多，頭部、頸部和四肢都只是由幾個零件組成，手臂及大小腿都為單一的零件構成。構成軀干部分的幾個主要部件為胸椎、腰椎、肋骨、肩部、腹部和盆骨。 Q系列的優點是：（1）生物逼真性和損傷評估能力高；（2）能夠分別進行正碰和側碰的試驗，是首個多方向試驗假人； （3）試驗儀器先進互換性強 可以在Q系列假人中通用。

Q系列兒童假人的測試能力詳見表3.4所示。

4　我國兒童約束系統相關法規對兒童假人的應用

4.1GB2 7887-2011《機動車兒童成員用約束系統》

1）在動態試驗使用的P系列兒童假人家族。如果兒童約束系統適合兩個或兩個以上質量組，原則上在試驗時要覆蓋所有兒童假人和約束系統結構類型。 動態試驗除了考核兒童約束系統動態強度，還要考核兒童假人頭部位移量、胸部加速度限值和腹部侵入性。

2）試驗準備過程中，在假人和兒童安全座椅靠背之間放置一個可彎曲的裝置，厚度為2.5cm、寬6cm、長度與假人尺寸相關，然后按照制造商的說明調整織帶，拉力超出調節力205N±25N，最后移走可彎曲裝置。

3）通過假人中心線的縱向平面應位于兩個下固定的中間；在使用增高墊和P10假人一起試驗的情況下，通過假人中心線的縱向平面應位于兩個下固定的中間偏左或偏右75mm±5mm。

4）在翻轉試驗中需對約束系統組別中的最小和最大P系列兒童假人進行試驗。試驗中模擬實車翻轉狀態進行橫向和縱向的360°旋轉，考核假人不從約束系統中掉出，假人的頭部從它的原始位置產生的位移應不超過300mm。

4.2中國新車評價規程（C-NCAP）

1）在正面100%重疊剛性壁障碰撞試驗中在第二排最右側座位上放置一個P 系列3 歲兒童假人。用以考核乘員約束系統強度， 兒童假人頭部與車輛內部有接觸情況時，兒童假人的頭部3ms 合成加速度值不應超過88g。

2）《兒童約束系統（CRS）產品評價規則》的動態試驗中則是按照兒童約束系統產品分組搭乘相應的P系列兒童假人。是按照GB 27887-2011試驗方法 的前碰和后碰在白車身和滑車上進行碰撞模擬試驗。區別GB 27887-2011的是動態試驗中的量化測試項不僅包括了頭部傷害、胸部傷害，還增加了頸部傷害指標的測定。

5　總結

（1）各系列兒童假人之間有著較大的差異。比較而言，最新開發的Q系列兒童假人具有更好的重復性、穩定性和生物逼真度，損傷評估能力高且能夠分別進行正碰和側碰試驗，同時試驗儀器互換性強，是目前最先進的兒童假人。

表3　.4 Q系列假人測試能力匯總

（2）不同系列測試假人的背后其實是不同的標準體系，歐美目前仍主導著全球汽車行業的標準體系。目前兒童約束系統的法規數量很多，但總體上可分成兩大標準體系：美國的FMVSS 213 和歐洲的ECE R44，這兩個標準的應用面較廣，其他國家的標準基本上參照這兩種法規并結合本國實際情況加以修改形成。我國GB27887-2011修改采用ECE R44（修訂本2），而歐洲的發展趨勢很有可能是ECE R129完全取代ECE R44。我國標準的更新應對該情況發展給予動態關注。

（3）我國相關汽車兒童安全法規還有待提升。試驗細節方面，兒童假人的試驗姿態，是試驗一致性的重要環節，直接關系到兒童假人的傷害指標和動態移動量，在GB27887-2011標準中對兒童假人的四肢的布置沒有明確的規定。考核指標方面，對于成人乘員保護有GB20071-2006、CNCAP等側面碰撞試驗標準，目前對于兒童乘員保護還沒有側面碰撞試驗標準。在GB27887-2011動態試驗的腹部侵入性是主觀評價指標，如何進行符合性判定存在爭議。

［1］FMVSS213Child restraint systems.

［2］ECE R44/04 Uniform provisions concerning the approval of restraining devices for child occupants of power-driven vehicle（CRS）.

［3］ECE R129 Uniform provisions concerning the approval of enhanced Child Restraint Systems used on board of motor vehicles （ECRS）.

［4］CRABI 12 and 18 Month Old User Manual.

［5］Hybrid III 10 Year Old （420-0000） User Manual.

［6］Q0 （6 week old, Newborn） User Manual.

［7］Q1.5 （Advanced 1.5 year old child） User Manual.

［8］Q1 （Advanced 1 year old child） User Manual.

［9］Q3 （Advanced 3 year old child） User Manual.

［10］Q6 （Advanced 6 year old child） User Manual.

［11］Q10 （10.5 year old child） User Manual.

［12］P-Series Child Dummies P3/4, P3, P6, P10 Users Manual.

［13］ P1? Child Dummy User Manual.

［14］GB27887-2011《機動車兒童成員用約束系統》.

［15］中國新車評價規程（C-NCAP）（2015版）.

［16］《兒童約束系統（CRS）產品評價規則》（2014版）.

專家推薦

李三紅：

本文文字流暢，條理清楚，對主要的兒童假人和相應的CRS標準法規進行了詳細闡述，具有實用的資料性價值。

Review of Child dummies Used in Child Restraint System Tests

MA Wei, LV Shi-shuang, YANG Bin, ZHANG Hui-yun
（ National Automobile Quality Supervision And Test Center ［Xiang yang］, Xiang yang 441004, China ）

With the advancement of the child occupant safety research, the standards and regulations of child restraint systems（CRS）are revised constantly ,the crash test child dummies have also been changed . At present the main CRS' standards FMVSS 213, ECE R44, and the latest ECE R129 adopt different test dummy respectively. In this paper, the dummies used by these standards are elaborated.

child restraint system（CRS）； child dummy

U467.3

A

1005-2550（2016）03-0062-06