實車側面碰撞碰撞側Q1.5的損傷研究

何成 孫孟陽 王天華 謝軍

摘 要：針對目前國內標準缺乏對1.5歲兒童在實車側面碰撞工況下的測試和評價，進行了涉及A級、B級、SUV和MPV等車型的10個實車側面碰撞試驗，將Q1.5兒童假人放置在最危險的位置，即駕駛員側的后排座椅。結果顯示，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。通過試驗數據的分析，兒童乘員的胸部和腹部有較大受傷的風險，頭部有較小的受傷風險，應納入評價指標。本研究有利于后續研究，也為1.5歲兒童側面碰撞評價標準的建立提供借鑒。

關鍵詞：1.5歲兒童損傷;Q1.5兒童假人;側面碰撞試驗;評價標準

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，車輛發生側面碰撞交通事故的頻率比較高，僅次于正面碰撞交通事故。由于車輛側面變形吸能空間小，側面碰撞事故一般直接影響乘員艙，碰撞形式比較惡劣，以及在側面碰撞事故中兒童約束系統無法有效保護兒童乘員，導致側面碰撞交通事故中的兒童乘員死亡率最高[2]。在側面碰撞交通事故中，采用相同的兒童約束系統，碰撞側的兒童乘員受損傷的風險明顯高于非碰撞側的兒童乘員[3]。碰撞側的車門容易因碰撞發生變形，致使乘員艙的受侵入容易造成碰撞側兒童乘員的二次損傷，從而容易受到更加嚴重的損傷，甚至是承受致命的風險[4]。研究表明，在車輛側面碰撞交通事故中，兒童乘員的頭部、頸部和胸部容易受到嚴重損傷[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域研究的嚴重不足[1]。

近幾年，歐洲、澳大利亞、美國和日本等地區和國家相繼開展了兒童約束系統側面碰撞試驗方法的研究。歐洲ECE R129、澳大利亞AS 1754給出了相應的兒童約束系統側面碰撞臺車試驗的相關標準要求，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，以測試車輛在側面碰撞中對Q10和Q6兒童的保護效果。而我國法規在實車側面碰撞上對兒童的保護測試和評價是一片空白，因此，開展有關兒童約束系統實車側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行李質量。駕駛員座椅的前后方向和上下方向均調節至中間位置，靠背角調節至23，頭枕調節至中間鎖止位置。

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后排座椅，如圖1。調整兒童安全帶時，給拉帶施加250±25N的力。此座椅前后方向調節至中間位置，上下方向調節至最低位置，靠背角調節至23，頭枕調節至最低鎖止位置。

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，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據，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，在兒童乘員正前方安裝車載高速攝像機，以記錄車內飾與CRS、CRS與兒童假人的碰撞和接觸過程。

為了體現數據的可靠性和代表性，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、胸部和骨盆數據進行詳細的分析。

2.1 兒童假人頭部數據分析

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，大部分數值低于平均值。說明大部分車型在此指標上對兒童的保護比較好。

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評價規程中，正面碰撞中1.5歲頭部3ms合成加速度的高性能指標和低性能指標分別為72g和88g。所有數據均小于72g，但有一次試驗為58.3，存在一定的受傷風險。

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。大部分數值低于平均值。Euro-NCAP評價規程中，正面碰撞中1.5歲頭部HIC15的高性能指標和低性能指標分別為500和700。所有試驗中，HIC15的最大值為高性能指標的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頭部的數據可知，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飾發生擠壓碰撞。

2.2 假人頸部數據分析

Q1.5頸部Y方向上受力是由于假人頭部和頸部發生相互剪切產生了。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評價規程中，正面碰撞中1.5歲頸部Fz的高性能指標和低性能指標分別為1.7kN和2.62kN。各次試驗中，Fz的最大值是高性能指標的36.5%。所以，側面碰撞中，1.5歲兒童假人的頸部被較好地保護。

Q1.5頸部X方向上彎矩是由于假人頭部側向偏轉而產生的，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頸部的數據可知，各指標數值都不大，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作用。Fx的值和Fy接近，Fz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，并帶有各方向的轉動。分析高速攝像，結果與數據分析一致。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，頭部同時發生Z軸和Y軸的轉動。

2.3 假人胸部數據分析

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，大部分數值低于平均值。說明大部分車型在此指標上對兒童胸部的保護比較好。但A0車型，CRS與門內飾間的間隙相對較小。因此，碰撞過程中，兒童受到非常嚴重的沖擊。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，大部分數值低于平均值。Euro-NCAP評價規程中，正面碰撞中1.5歲胸部3ms合成加速度的高性能指標和低性能指標分別為41g和55g。10次試驗中，有2次試驗超出高性能指標，其中1次試驗超過低性能指標。說明側面碰撞對兒童胸部有嚴重的受傷風險。

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

2.4 假人骨盆數據分析

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次試驗數值大于55g，其中一次超過85g，結合視頻數據可知，假人骨盆收到嚴重的擠壓，有較大的損傷風險。

3 假人運動響應分析

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與車門內飾的位置關系如圖14（a）。發生碰撞后，門內飾向CRS方向入侵，CRS向門內飾方向相對運動。因受到門內飾扶手的阻擋，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）。隨著碰撞的繼續進行，骨盆與CRS發生碰撞。數毫秒后，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起到關鍵的作用。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作用。

4 兒童損傷評價分析

目前，所有法規中，只有ECE R129在側面滑臺試驗中對Q1.5歲兒童的評價指標作出規定，且只評價頭部損傷，上頸部Fz和Mx僅采數據以觀察和監控。頭部損傷指標分別為頭部HIC15和3ms累計加速度，相應的損傷容限為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%。從數據和視頻可知，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次試驗的數值達到扣分點，其中1次試驗的數值超過損傷限值。所以1.5歲兒童胸部兒童的胸部受傷的風險較大，應對胸部進行評價。

側面碰撞法規中，沒有1.5歲兒童乘員腹部的相關評價，從高速攝像分析中可得知，車輛側面收到撞擊時，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，骨盆采集的數據的最大值為89.3g，數值較大，存在較大損傷風險，應對骨盆進行評價。

5 結論

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險。

從Q1.5兒童假人采集的數據分析，目前市場上的車輛對1.5歲兒童乘員頸部的保護比較好，頭部存在較小的損傷風險，而胸部和骨盆有較大的受傷風險。應加強對1.5兒童乘員的頭部、胸部和腹部進行評價，以有效保護兒童假人。

從車型上看，車內空間越大，對兒童乘員的保護越好。

參考文獻：

[1]楊陽.基于汽車側面碰撞的3歲兒童乘員損傷防護研究[D].廈門：廈門理工學院，2016：1-12.

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