何成 孫孟陽(yáng) 王天華 謝軍

摘 要：針對(duì)目前國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)缺乏對(duì)1.5歲兒童在實(shí)車側(cè)面碰撞工況下的測(cè)試和評(píng)價(jià)，進(jìn)行了涉及A級(jí)、B級(jí)、SUV和MPV等車型的10個(gè)實(shí)車側(cè)面碰撞試驗(yàn)，將Q1.5兒童假人放置在最危險(xiǎn)的位置，即駕駛員側(cè)的后排座椅。結(jié)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(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，兒童乘員的胸部和腹部有較大受傷的風(fēng)險(xiǎn)，頭部有較小的受傷風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)納入評(píng)價(jià)指標(biāo)。本研究有利于后續(xù)研究，也為1.5歲兒童側(cè)面碰撞評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的建立提供借鑒。

關(guān)鍵詞：1.5歲兒童損傷;Q1.5兒童假人;側(cè)面碰撞試驗(yàn);評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

我國(guó)每年死于交通事故的14歲以下的兒童將近2萬(wàn)名[1]。在各類交通事故中，車輛發(fā)生側(cè)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(cè)面變形吸能空間小，側(cè)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(cè)面碰撞事故中兒童約束系統(tǒng)無(wú)法有效保護(hù)兒童乘員，導(dǎo)致側(cè)面碰撞交通事故中的兒童乘員死亡率最高[2]。在側(cè)面碰撞交通事故中，采用相同的兒童約束系統(tǒng)，碰撞側(cè)的兒童乘員受損傷的風(fēng)險(xiǎn)明顯高于非碰撞側(cè)的兒童乘員[3]。碰撞側(cè)的車門(mén)容易因碰撞發(fā)生變形，致使乘員艙的受侵入容易造成碰撞側(cè)兒童乘員的二次損傷，從而容易受到更加嚴(yán)重的損傷，甚至是承受致命的風(fēng)險(xiǎn)[4]。研究表明，在車輛側(cè)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(yán)重?fù)p傷[5]。

在我國(guó)的交通事故中，兒童的死亡率是歐美國(guó)家的2倍。從兒童死亡率的巨大差距可以看出我國(guó)兒童安全領(lǐng)域研究的嚴(yán)重不足[1]。

近幾年，歐洲、澳大利亞、美國(guó)和日本等地區(qū)和國(guó)家相繼開(kāi)展了兒童約束系統(tǒng)側(cè)面碰撞試驗(yàn)方法的研究。歐洲ECE R129、澳大利亞AS 1754給出了相應(yīng)的兒童約束系統(tǒng)側(cè)面碰撞臺(tái)車試驗(yàn)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，且試驗(yàn)方法和傷害評(píng)價(jià)上也存在較大的差別。2015版E-NCAP中AE-MDB側(cè)面碰撞試驗(yàn)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(cè)試車輛在側(cè)面碰撞中對(duì)Q10和Q6兒童的保護(hù)效果。而我國(guó)法規(guī)在實(shí)車側(cè)面碰撞上對(duì)兒童的保護(hù)測(cè)試和評(píng)價(jià)是一片空白，因此，開(kāi)展有關(guān)兒童約束系統(tǒng)實(shí)車側(cè)面碰撞安全性能的測(cè)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)車輛后備箱配重25kg行李質(zhì)量。駕駛員座椅的前后方向和上下方向均調(diào)節(jié)至中間位置，靠背角調(diào)節(jié)至23，頭枕調(diào)節(jié)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(cè)后排座椅，如圖1。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。

950kg的移動(dòng)壁障以50.5km/h的速度垂直撞擊試驗(yàn)車輛駕駛員側(cè)，撞擊中心面過(guò)駕駛員R點(diǎn)。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(shù)據(jù)，具體的通道配置如表1。為采集兒童假人在碰撞過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)，在兒童乘員正前方安裝車載高速攝像機(jī)，以記錄車內(nèi)飾與CRS、CRS與兒童假人的碰撞和接觸過(guò)程。

為了體現(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠性和代表性，所選用的試驗(yàn)車型包括了包含A級(jí)、B級(jí)、SUV和MPV，總共10輛汽車。

2 假人傷害分析

以下對(duì)Q1.5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 兒童假人頭部數(shù)據(jù)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?jǐn)?shù)值低于平均值。說(shuō)明大部分車型在此指標(biāo)上對(duì)兒童的保護(hù)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(píng)價(jià)規(guī)程中，正面碰撞中1.5歲頭部3ms合成加速度的高性能指標(biāo)和低性能指標(biāo)分別為72g和88g。所有數(shù)據(jù)均小于72g，但有一次試驗(yàn)為58.3，存在一定的受傷風(fēng)險(xiǎn)。

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?jǐn)?shù)值低于平均值。Euro-NCAP評(píng)價(jià)規(guī)程中，正面碰撞中1.5歲頭部HIC15的高性能指標(biāo)和低性能指標(biāo)分別為500和700。所有試驗(yàn)中，HIC15的最大值為高性能指標(biāo)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(shù)據(jù)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(yàn)中，有一次頭部3ms合成加速度為58.3g，這對(duì)兒童頭部的損傷比較大。查看視頻可知，此次試驗(yàn)為A級(jí)車，車門(mén)內(nèi)飾與兒童座椅的距離小，在碰撞過(guò)程中，車門(mén)變形較大，兒童座椅直接與車門(mén)內(nèi)飾發(fā)生擠壓碰撞。

2.2 假人頸部數(shù)據(jù)分析

Q1.5頸部Y方向上受力是由于假人頭部和頸部發(fā)生相互剪切產(chǎn)生了。各次試驗(yàn)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(dòng)而產(chǎn)生的，各次試驗(yàn)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(píng)價(jià)規(guī)程中，正面碰撞中1.5歲頸部Fz的高性能指標(biāo)和低性能指標(biāo)分別為1.7kN和2.62kN。各次試驗(yàn)中，F(xiàn)z的最大值是高性能指標(biāo)的36.5%。所以，側(cè)面碰撞中，1.5歲兒童假人的頸部被較好地保護(hù)。

Q1.5頸部X方向上彎矩是由于假人頭部側(cè)向偏轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的，各次試驗(yàn)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(shù)據(jù)可知，各指標(biāo)數(shù)值都不大，說(shuō)明在碰撞中，兒童座椅能對(duì)Q1.5兒童的頸部起到一個(gè)較好的保護(hù)作用。Fx的值和Fy接近，F(xiàn)z接近Fx或Fy的2倍。同時(shí)，Mx與My和Mz的值差異不大。說(shuō)明假人在運(yùn)動(dòng)中頭受到甩動(dòng)，并帶有各方向的轉(zhuǎn)動(dòng)。分析高速攝像，結(jié)果與數(shù)據(jù)分析一致。碰撞過(guò)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(shí)發(fā)生Z軸和Y軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。

2.3 假人胸部數(shù)據(jù)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?jǐn)?shù)值低于平均值。說(shuō)明大部分車型在此指標(biāo)上對(duì)兒童胸部的保護(hù)比較好。但A0車型，CRS與門(mén)內(nèi)飾間的間隙相對(duì)較小。因此，碰撞過(guò)程中，兒童受到非常嚴(yán)重的沖擊。對(duì)兒童而言，78.0g的合成加速度峰值是比較危險(xiǎn)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?jǐn)?shù)值低于平均值。Euro-NCAP評(píng)價(jià)規(guī)程中，正面碰撞中1.5歲胸部3ms合成加速度的高性能指標(biāo)和低性能指標(biāo)分別為41g和55g。10次試驗(yàn)中，有2次試驗(yàn)超出高性能指標(biāo)，其中1次試驗(yàn)超過(guò)低性能指標(biāo)。說(shuō)明側(cè)面碰撞對(duì)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(yàn)假人胸部粘性指數(shù)VC的最大值如圖11所示。由圖可知，兒童假人胸部粘性指數(shù)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(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(yàn)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(yàn)數(shù)值大于55g，其中一次超過(guò)85g，結(jié)合視頻數(shù)據(jù)可知，假人骨盆收到嚴(yán)重的擠壓，有較大的損傷風(fēng)險(xiǎn)。

3 假人運(yùn)動(dòng)響應(yīng)分析

分析Q1.5的高速攝像，可知，各個(gè)試驗(yàn)的兒童假人的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)比較一致，只是碰撞的強(qiáng)度有差異。

在碰撞前，假人與CRS、CRS與車門(mén)內(nèi)飾的位置關(guān)系如圖14（a）。發(fā)生碰撞后，門(mén)內(nèi)飾向CRS方向入侵，CRS向門(mén)內(nèi)飾方向相對(duì)運(yùn)動(dòng)。因受到門(mén)內(nèi)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(fā)生碰撞，如圖14（b）。隨后，因?yàn)榧偃松细觳驳臄D壓，胸部也開(kāi)始受到擠壓，如圖14（c）。隨著碰撞的繼續(xù)進(jìn)行，骨盆與CRS發(fā)生碰撞。數(shù)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(nèi)方向反彈，如圖14（e）。從查看高速攝像可以得知，CRS在碰撞過(guò)程中對(duì)兒童乘員的保護(hù)起到關(guān)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(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(duì)兒童的頭部的保護(hù)作用。

4 兒童損傷評(píng)價(jià)分析

目前，所有法規(guī)中，只有ECE R129在側(cè)面滑臺(tái)試驗(yàn)中對(duì)Q1.5歲兒童的評(píng)價(jià)指標(biāo)作出規(guī)定，且只評(píng)價(jià)頭部損傷，上頸部Fz和Mx僅采數(shù)據(jù)以觀察和監(jiān)控。頭部損傷指標(biāo)分別為頭部HIC15和3ms累計(jì)加速度，相應(yīng)的損傷容限為600和75g。

10次實(shí)車碰撞試驗(yàn)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(jì)加速度為58.3g，為損傷限值的77.7%。從數(shù)據(jù)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(fēng)險(xiǎn)。

東盟NCAP正碰試驗(yàn)中，1.5歲兒童上頸部拉力Fz的損傷扣分點(diǎn)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(diǎn)的36.5%。上頸部Mx的數(shù)值比較小。所以車輛對(duì)Q1.5兒童乘員的頸部起到一個(gè)較好的保護(hù)作用。

東盟NCAP正碰試驗(yàn)中，1.5歲兒童胸部3ms累計(jì)加速度的扣分點(diǎn)為41g，損傷限值為55g。10次試驗(yàn)中，有2次試驗(yàn)的數(shù)值達(dá)到扣分點(diǎn)，其中1次試驗(yàn)的數(shù)值超過(guò)損傷限值。所以1.5歲兒童胸部?jī)和男夭渴軅娘L(fēng)險(xiǎn)較大，應(yīng)對(duì)胸部進(jìn)行評(píng)價(jià)。

側(cè)面碰撞法規(guī)中，沒(méi)有1.5歲兒童乘員腹部的相關(guān)評(píng)價(jià)，從高速攝像分析中可得知，車輛側(cè)面收到撞擊時(shí)，車門(mén)變形，車門(mén)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(yàn)中，骨盆采集的數(shù)據(jù)的最大值為89.3g，數(shù)值較大，存在較大損傷風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)對(duì)骨盆進(jìn)行評(píng)價(jià)。

5 結(jié)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(fēng)險(xiǎn)。

從Q1.5兒童假人采集的數(shù)據(jù)分析，目前市場(chǎng)上的車輛對(duì)1.5歲兒童乘員頸部的保護(hù)比較好，頭部存在較小的損傷風(fēng)險(xiǎn)，而胸部和骨盆有較大的受傷風(fēng)險(xiǎn)。應(yīng)加強(qiáng)對(duì)1.5兒童乘員的頭部、胸部和腹部進(jìn)行評(píng)價(jià)，以有效保護(hù)兒童假人。

從車型上看，車內(nèi)空間越大，對(duì)兒童乘員的保護(hù)越好。

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