蔡步健，鄭昌龍，張俊杰，黃建峰，曾令松，蒼安國

（廣東出入境檢驗(yàn)檢疫局檢驗(yàn)檢疫技術(shù)中心，廣東廣州 510000）

1 側(cè)向碰撞背景

針對兒童乘員在車輛碰撞事故中的損傷保護(hù)，國外早在20世紀(jì)中期就開始了相關(guān)的研究，并取得了一定的進(jìn)展。瑞典研究人員發(fā)現(xiàn)在側(cè)面碰撞事故中，使用后向式兒童約束系統(tǒng)的兒童乘員均沒有受到中重度(AIS2+)的頭部損傷，而只使用前向式增高座椅或汽車安全帶的兒童則遭受了中重度(AIS2+)的損傷。美國公路交通安全管理局交通事故數(shù)據(jù)庫公布的數(shù)據(jù)指出：靠近碰撞側(cè)的兒童乘員遭受AIS2+以上損傷的風(fēng)險(xiǎn)要比遠(yuǎn)離碰撞側(cè)的兒童乘員高，直接與車輛內(nèi)飾接觸導(dǎo)致受傷的比例占45%；由于與兒童約束系統(tǒng)接觸導(dǎo)致受傷的比例占14.4%。同時(shí)，在身體各部位的損傷中，頭部損傷占57%、軀干損傷占21%、頸部和四肢的損傷占6%、9%。根據(jù)加拿大統(tǒng)計(jì)的側(cè)面碰撞交通事故的相關(guān)資料可知：最危險(xiǎn)的位置是發(fā)生碰撞的一側(cè)，在車輛發(fā)生側(cè)面碰撞時(shí)，受到撞擊的車門由于變形所產(chǎn)生的直接載荷，大大提高了坐在發(fā)生碰撞一側(cè)的兒童受到嚴(yán)重傷害的風(fēng)險(xiǎn)；根據(jù)我國公安部交通管理局的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，2009年我國發(fā)生的交通事故中，正面碰撞事故所占的比例為25.42%，追尾碰撞事故占10.50%，而側(cè)面碰撞事故達(dá)37.29%，所導(dǎo)致的財(cái)產(chǎn)損失比例高達(dá)24.39%。在正碰、側(cè)碰、追尾、翻滾等碰撞形式中，汽車側(cè)面碰撞事故約占事故總數(shù)的30%，僅次于正面碰撞。而在造成傷亡的事故中，側(cè)碰事故約占35%；國際交通安全機(jī)構(gòu)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，每10位死于交通事故的人中至少有1名是兒童；側(cè)面碰撞可導(dǎo)致兒童乘員的頭部、頸部、胸部嚴(yán)重?fù)p傷，坐在靠近碰撞側(cè)位置的兒童與遠(yuǎn)離碰撞側(cè)位置的兒童相比，有更高的傷亡風(fēng)險(xiǎn)。因此，側(cè)面碰撞交通事故所造成的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)問題是不容忽視的，當(dāng)兒童乘車時(shí)一旦發(fā)生側(cè)面碰撞交通事故，兒童收到的傷害程度不遜于正面碰撞。

目前許多發(fā)達(dá)國家都已實(shí)施了兒童約束系統(tǒng)碰撞試驗(yàn)方法的相關(guān)法規(guī)，如美國的FM?VSS213、澳大利亞的AS.3629、日本的JISD0401、歐洲的ECE R44、丹麥的DS2190、加拿大的CMVSS208、我國的GB27887等。在現(xiàn)有的技術(shù)法規(guī)中，大多數(shù)只對正面碰撞和后面碰撞工況進(jìn)行了說明，而針對兒童側(cè)面碰撞有明確要求的法規(guī)只有美國的FMVSS213法規(guī)和歐洲最新的ECE R129法規(guī)。相比于歐洲現(xiàn)行的ECE R44法規(guī)，ECE R129最顯著就是新增加了側(cè)面碰撞防護(hù)要求，而在側(cè)面碰撞要求中重點(diǎn)參數(shù)指標(biāo)是頭部傷害指數(shù)HPC：

式中：T0為碰撞開始時(shí)刻(s)；

TE為碰撞結(jié)束時(shí)刻(s)；

t1、t2_HIC為達(dá)到峰值的時(shí)間段，該段時(shí)間的開始時(shí)刻和結(jié)束時(shí)刻(s)；

R(t)_TO為到TE時(shí)間段內(nèi)的頭部質(zhì)心合成線性加速度(g)。

在1986年的FMVSS標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)中，定義用于計(jì)算HIC數(shù)值的時(shí)間間隔為36 ms，而現(xiàn)在這個(gè)時(shí)間間隔已被調(diào)整為15 ms。

由于側(cè)面碰撞隱藏的風(fēng)險(xiǎn)如此之大，在我國盡快建立兒童約束系統(tǒng)側(cè)面碰撞評估能力，推進(jìn)完善側(cè)面碰撞事故保護(hù)體制的形勢就顯得格外迫在眉睫。為此本文主要研究方向是在具備ECE R44技術(shù)能力基礎(chǔ)上的設(shè)備，通過技術(shù)改造，使之同時(shí)具備ECE R129側(cè)面碰撞能力。

2 側(cè)向碰撞試驗(yàn)臺(tái)車

ECE R129法規(guī)對比與ECE R44在碰撞臺(tái)車的座椅上提出了全新的要求，其中變化比較大的是座椅靠背傾斜角度由ECE R44的20°變成ECE R129的25°，座椅的坐墊部分也由ECE R44的長方形形狀裁剪成ECE R129的“凸”字形形狀，坐墊海面厚度由140 mm變成130 mm，見圖1～圖3。

圖1 ECE R44臺(tái)車座椅尺寸

圖2 ECE R129臺(tái)車座椅尺寸

由于現(xiàn)有設(shè)備是減速型碰撞裝置，所有碰撞測試的載體是軌道上的滑車，滑車上布滿規(guī)律分布的M22螺孔，方便組裝不同的座椅設(shè)備；根據(jù)ECE R129提供的側(cè)轉(zhuǎn)臺(tái)車座椅尺寸，經(jīng)過繪圖、進(jìn)過加工改造完成側(cè)向碰撞用座椅，并能順利安裝固定于設(shè)備滑車上。

3 側(cè)向碰撞門

ECE R129側(cè)向碰撞試驗(yàn)其中一個(gè)必不可少的硬件設(shè)備就是側(cè)向碰撞門。側(cè)向碰撞門是在碰撞中給兒童約束系統(tǒng)施加側(cè)向載荷的裝置，門板表面覆蓋有緩沖材料。側(cè)向碰撞門具體尺寸在ECE R129有明確規(guī)定，根據(jù)給出尺寸加工便可得到（見圖4）。

側(cè)向碰撞門應(yīng)與試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)座椅形成一定的相對速度，并且最大侵入量是（250±50）mm；側(cè)撞門與試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)座椅間的相對速度不會(huì)因側(cè)撞門與兒童座椅的接觸而受到影響。由于現(xiàn)有設(shè)備改造采用的是T0時(shí)刻門板靜止的方式，所以側(cè)撞門固定在撞擊墻上；對于現(xiàn)有設(shè)備是PU管減速裝置，考慮到撞擊矛深度、側(cè)撞門T0位置及PU管長度等因素，對側(cè)撞門向外延伸1.2 m，見圖5。

圖3 側(cè)向碰撞門尺寸

圖4 側(cè)向碰撞門完成圖

圖5 側(cè)向碰撞門

ECE R129對側(cè)向碰撞T0時(shí)刻有明確要求，碰撞發(fā)生瞬間T0時(shí)側(cè)向碰撞門停留在臺(tái)車座椅中心線350 mm處，經(jīng)過調(diào)整如圖6所示。

4 側(cè)向碰撞速度變化曲線的實(shí)現(xiàn)

完成ECE R129側(cè)面碰撞試驗(yàn)必須要滿足側(cè)面碰撞的速度曲線要求，由于現(xiàn)有設(shè)備是減速型碰撞裝置，只能改造成T0時(shí)刻門板靜止的方式，根據(jù)法規(guī)要求T0時(shí)刻假人相對地面的速度為6.375 m/s～7.25 m/s，而且這個(gè)相對速度不能受兒童約束系統(tǒng)接觸的影響。試驗(yàn)速度曲線在規(guī)定時(shí)間內(nèi)保持在規(guī)定的區(qū)間內(nèi)。試驗(yàn)中，在T0時(shí)刻側(cè)面沖擊門是靜止的，假人的地面速度應(yīng)該在6.375 m/s和7.25 m/s之間。門從T0時(shí)刻開始移動(dòng)，門的地面速度保持在如圖規(guī)定的區(qū)間內(nèi)直到移動(dòng)到規(guī)定的最大行程，在T0時(shí)刻假人是靜止的。試驗(yàn)過程中，作動(dòng)行程在距座椅幾何中心350～100 mm之間。

圖6 側(cè)向碰撞門T0位置

圖7 側(cè)向碰撞速度曲線

法規(guī)ECE R129沒有規(guī)定給滑車減速用的介質(zhì)材料，考慮到試驗(yàn)穩(wěn)定性，材料重復(fù)利用性，成本及易操作性等因素，一種一次性投入、性能穩(wěn)定、對環(huán)境溫濕度依賴度不高的材料是首選。參考目前累積的ECE R44及GB27887的大量前向和后向碰撞試驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過比較得出ECE R44后向撞擊時(shí)的速度曲線與ECE R129要求的曲線形狀特征相類似，故選用ECE R44后向碰撞用的PU管進(jìn)行嘗試ECE R129的側(cè)向碰撞，觀察速度曲線變化，看是否可行。

圖8 后向碰撞減速PU管

通過分析后向碰撞速度曲線得出，碰撞發(fā)生瞬間速度偏高，速度衰減較快，但速度整體變化與側(cè)向碰撞要求是相似的；考慮到減速用的橄欖頭直徑會(huì)對速度影響較大及臺(tái)車總重量對速度的影響等因素，繼續(xù)用后3根向碰撞的PU減速管（整體直徑58 mm，前端孔徑46 mm，后端孔徑30 mm，長380 mm），臺(tái)車總重量控制在685 kg，橄欖頭直徑47.5 mm、47.25 mm、47.5 mm，再次進(jìn)行嘗試性試驗(yàn)，得到速度變化曲線如圖9（a）所示。

圖9 側(cè)面碰撞速度曲線

從圖9（a）可以看出，經(jīng)過調(diào)整臺(tái)車總重量、橄欖頭直徑后，得到的速度曲線已經(jīng)基本符合ECE R129側(cè)面碰撞的要求，只是在30～70 ms這段時(shí)間內(nèi)速度衰弱得比較快，已經(jīng)接近速度下限。所以重新考慮將橄欖頭縮小成直徑47 mm、47.25 mm、47 mm，而且將碰撞速度再提高0.15 m/s，再次嘗試碰撞后得到速度曲線如圖11所示。從圖9（b）中看出，經(jīng)過再次調(diào)整參數(shù)后的側(cè)面碰撞速度曲線完全符合法規(guī)要求，再測量碰撞侵入量是240 mm（法規(guī)要求是250 mm±50 mm），也完全符合法規(guī)要求。

至此在ECE R44設(shè)備基礎(chǔ)上進(jìn)行ECE R129改造已基本實(shí)現(xiàn)，為了減少側(cè)面碰撞受環(huán)境（特別溫濕度）的影響，同時(shí)為確保滿足不同重量的兒童約束系統(tǒng)，對改造后的設(shè)備進(jìn)行多次多參數(shù)修正碰撞驗(yàn)證，驗(yàn)證的參數(shù)如表1所示。

表1 不同參數(shù)約束系統(tǒng)驗(yàn)證參數(shù)

通過驗(yàn)證試驗(yàn)得出，ECE R44設(shè)備經(jīng)過改造后已經(jīng)完全具體ECE R129側(cè)面碰撞的能力，而且在不同質(zhì)量兒童約束系統(tǒng)，可控范圍內(nèi)溫濕度的變化情況下，只要通過調(diào)節(jié)橄欖頭直徑都能滿足側(cè)面碰撞的要求，并且適用PU管座椅減速裝置，其穩(wěn)定性、重復(fù)利用率、易操作性都極大滿足日常高強(qiáng)度碰撞試驗(yàn)的需要，此次改造成果完全可以在日后試驗(yàn)中得到充分運(yùn)用。

5 結(jié)束語

當(dāng)前ECE R44批準(zhǔn)的兒童約束系統(tǒng)不會(huì)馬上被代替且持續(xù)有效，但預(yù)計(jì)到2020年ECE R129將全面取代現(xiàn)行的ECE R44而成為世界上通用的兒童約束系統(tǒng)法規(guī)。由此背景推動(dòng)，全球范圍內(nèi)的兒童約束系統(tǒng)制造商都紛紛加大力度開發(fā)符合新法規(guī)的產(chǎn)品，達(dá)到搶占市場的目的，為滿足日益增加的測試需求，在國內(nèi)建立具備ECE R129側(cè)面碰撞的測試能力已呈勢在必行之勢。本文介紹了在ECE R44設(shè)備上改造使其具備ECE R129側(cè)面碰撞能力的相關(guān)過程，當(dāng)中對測試影響較大的減速裝置選用了重復(fù)利用率高、性能穩(wěn)定的PU管，并且能通過調(diào)整橄欖頭直徑、臺(tái)車總重量等來適應(yīng)不同重量兒童約束系統(tǒng)的測試需求，大大提高了設(shè)備利用率，減少了設(shè)備購置成本，也拓寬了測試領(lǐng)域范圍。通過本文的介紹也希望能給兒童約束系統(tǒng)制造商及相關(guān)實(shí)驗(yàn)室提高參考，用以改善產(chǎn)品質(zhì)量、縮短研發(fā)周期、提升測試水平等，也希望國內(nèi)兒童約束系統(tǒng)制造水平和測試水平能與發(fā)達(dá)國家齊頭并進(jìn)。

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