兒童約束系統側面碰撞試驗對比分析

劉 軍，賈林夕，張學榮，秦書劍

(江蘇大學汽車與交通工程學院，江蘇鎮江 212013)

隨著汽車工業和交通運輸事業的不斷發展，汽車交通事故已成為公認的威脅人類安全的“第一公害”。在正碰、側碰、追尾、翻滾等碰撞形式中，汽車側面碰撞事故約占事故總數的30%［1］，僅次于正面碰撞。而在造成傷亡的事故中，側碰事故約占35%［2］。國際交通安全機構的統計數據表明，每10位死于交通事故的人中至少有1名是兒童。側面碰撞可導致兒童乘員的頭部、頸部、胸部嚴重損傷。同時，坐在靠近碰撞側位置的兒童與遠離碰撞側位置的兒童相比，有更高的傷亡風險［3］。

目前很多發達國家都已頒布并實施了關于兒童約束系統方面的法律法規，例如歐洲的ECER44、美國的 FMVSS213、丹麥的 DS2190、日本的JISD0401、瑞典的 T-SB、加拿大的 CMVSS208、澳大利亞、新西蘭的AS-3629和法國的 ARl985011A等。我國標準化協會于2005年4月20日制定了汽車用兒童約束系統標準——CAS102—2004。目前，我國對兒童乘員保護方面的研究還處于起步階段。在現有的技術法規中，大多數只對正面碰撞和后面碰撞工況進行了說明，而針對兒童的側面碰撞并沒有統一的標準［4］。

1 歐美實車碰撞試驗數據分析

為了分析兒童乘員側面碰撞的試驗條件，首先要分析被業界廣泛認可的實車側面碰撞試驗條件。

1.1 美國側面碰撞試驗數據分析

NHTSA按照FMVSS No.214可變形移動壁障(MDB)試驗方法對10輛小型車后排右側位置的加速度和速度進行了測試［5］，取數據的平均值，獲得了小型車的典型加速度，如圖1所示。

圖1 10MDB試驗中右后排位置Y軸加速度的上、下限及平均值曲線

圖1中的黑色虛線代表平均值;藍色線是加速度的上限和下限;紅色線代表在試驗中獲得的臺車座椅的實際加速度。使用加速度計來計算滑動座椅速度并取其平均值，獲得的速度大約為27～29 km/h(17～18 m/h)。

按照FMVSS No.214標準對4輛小型車進行試驗以確定門板的速度。在門的上部中心線位置，Y軸方向的平均速度為31.4 kph，中部位置的平均速度為33.0 kph。

1.2 歐洲側面碰撞試驗數據分析

考慮到兒童約束系統主要安裝在汽車的后排，圖2是根據ECE R95試驗方法所得的樣品車后門的侵入量與時間的變化曲線。從圖2看出:1995年以后生產的車型的后門侵入量比該年以前生產的車型要小;后門最大侵入量的變化范圍在170 mm至280 mm之間。車門侵入速度由侵入量積分計算獲取，后門的侵入速度在7 m/s到13 m/s之間，如圖3所示。前門和后門侵入速度的平均差異達到 10%［6］。

圖2 后門侵入量與時間的變化曲線

圖3 后門侵入速度與時間的變化曲線

2 歐美側面碰撞臺車試驗方法對比分析

2.1 NHTSA側面碰撞試驗方法

此方法來自美國高速公路安全管理局(NHTSA)對兒童側面碰撞試驗方法的早期研究。NHTSA使用的是Takata設計的側面碰撞臺車。該臺車包括了安裝在滑軌上的滑動座椅和固定在臺車上的側門結構。設計的原理是讓滑行的座椅和CRS按照要求的速度碰撞側門結構，通過蜂窩鋁的壓縮來模擬車輛碰撞的實際過程。圖4為Takata側面碰撞臺車的構造示意圖。實際被NHTSA使用的裝置如圖5所示。

圖4 Takata側面碰撞臺車構造示意圖

圖5 NHTSA側面碰撞臺車裝置

Takata臺車和NHTSA臺車裝置的主要區別有:①Takata使用的是ECE R44法規規定的座椅坐墊泡沫，而NHTSA使用FMVSS NO.213中座椅的坐墊泡沫;②NHTSA裝置中座椅到蜂窩鋁的初始距離由250 mm增加到了260 mm，以獲得所需要的碰撞速度。

NHTSA對臺車試驗參數的要求如表1所示。

評價要求包括假人頭部不能與模擬門接觸。具體測量指標包括HIC值、頸部拉力、脊柱Y向的加速度、骨盆Y向的加速度和胸部側向位移等。

表1 NHTSA對臺車試驗參數及其范圍要求

2.2 ISO29062側面碰撞試驗方法

ISO29062試驗過程主要采用鉸鏈門［7］的結構，將ECE R44試驗椅以90°角固定在臺車上。對于后向式安裝的試驗裝置，為了避免侵入板和試驗座椅靠背的相互作用，將靠背移位100 mm放置，如圖6所示。ISO29062前向式兒童約束系統試驗裝置如圖7所示。ISO29062對試驗參數的具體要求如表2所示。

圖6 ISO29062后向式兒童約束系統試驗裝置

圖7 ISO29062前向式兒童約束系統試驗裝置

表2 ISO 29062試驗參數及其范圍要求

評價要求包括假人頭部不能與模擬門接觸。具體測量指標包括頭部 HIC值 、胸部壓縮量、頸部拉力及力矩。

2.3 TUB側面碰撞試驗方法

該試驗方法由柏林工業大學提出，同樣也是基于鉸鏈門的概念。與ISO29062對比，主要的區別是:①模擬門板的形狀不同，TUB試驗采用平板作為模擬門板;② 板的填充材料不同。與ISO試驗相比，此方法中使用較厚的、柔軟的材料覆蓋平板。另外，在前向式CRS裝置中，靠背和安全帶上方的固定點要求在Y方向上可以移動，下方的ISOFIX固定裝置［8］在Y方向也可以自由移動。

TUB方法中的鉸鏈線與地面垂直，對于不同的測試裝置允許使用同一鉸鏈。側面碰撞試驗條件如表3所示。

表3 側面碰撞試驗條件

評價要求包括:假人頭部在碰撞過程中不能與模擬門接觸;CRS對假人頭部具有保護作用。具體測量指標包括頭部HIC值、胸部壓縮量、頸部拉力與力矩。

2.4 ADAC側面碰撞試驗方法

ADAC試驗在大眾高爾夫白車身上進行。白車身以80°角固定在臺車上并且裝配有固定門［9］裝置，如圖8所示。80°角的側向碰撞會引起頭部向前的移動量增大，因此對于前向式CRS，對頭部的控制保護是非常困難的。對于前向式和后向式CRS，白車身在臺車上的固定方式相同。由于在ADAC流程中使用了固定門裝置，所以沒有對門的侵入量進行模擬。臺車的速度變化為25 km/h，以15 g的減速度進行減速。該測試流程的主要優勢是簡單、快捷，具有很好的再現性。

圖8 ADAC側面碰撞臺車裝置

2.5 側面碰撞試驗方法總結分析

NHTSA所采用的Takata側面碰撞臺車將滑動座椅放置在臺車上，這種試驗方法具有很好的可重復性。通過一系列的實車碰撞試驗所得到的試驗參數范圍具有一定的可信性。由于該方法采用的是加速臺車裝置，即有2個滑動的裝置——側門結構和試驗臺車，因此確定此系統輸入參數的值具有一定的難度。ISO29062試驗方法明確給出了由數據統計得出的加速度和速度變化范圍，通過鉸鏈門的概念引入侵入量和侵入速度，很好地模擬了實際碰撞中車門的侵入。同時，此方法在ISO/TRL的基礎上對前向式兒童約束系統側面碰撞試驗臺進行了設計，使其具有更廣泛的應用范圍;而TUB試驗方法的主要問題在于其目前難以對前向安裝CRS在最惡劣情況下的試驗進行評測。ADAC試驗方法中的頭部合成加速度采用32 g和76 g進行考核，低于32 g即認為結果很好，高于76g即認為結果比較差。然而其他幾種評價方法(采用鉸鏈門)中的頭部加速度卻很少低于100 g，從而說明 ADAC試驗方法的碰撞度過低。

3 結束語

本文重點分析了美國的 NHTSA、歐洲的ISO29062、TUB以及ADAC側面碰撞試驗方法的差異，并對各自的臺車模型、試驗條件、碰撞加速度、車門的侵入量和侵入速度、傷害指標、側碰模擬門板形式等側碰動態試驗內容進行了對比研究。目前中國關于兒童約束系統方面的法規標準尚未正式頒布，且標準中未加入側面碰撞動態試驗的相關內容。對先進國家兒童約束系統側面碰撞動態試驗的研究分析將有助于完善我國的汽車安全標準體系，為我國相關法規的制訂提供一定的參考。

［1］Langwieder K，Hummel T，Lowne R，et al.Side Impact to Children in Cars.Experience from Internetional Accident Analysis and Safety Tests［C］//15thESVConference.Melbourne，Australia:［s.n.］，1996.

［2］McNeill A，Holzner M，Schoeneburg R，et al.Current worldwide Side lmpact Activities—Divergence Vbrsus Harmonisation and the Possible Effect on Future Car Design［C］//19th International Technical Conference on the Enhanced Safety of Vehicles.Washington DC:［s.n.］，2005:5－77.

［3］Arbogast A B，Yoganandan G，Menon RA，et al.Field Investigation of Child Restraint Systems in Side Impact Crashes［J］.Traffic Injury Prevention，2005(6):351 －360.

［4］魏哲，強毅.汽車兒童約束系統技術法規和標準研究［J］.機械工業標準化與質量，2008(12):28 －31.

［5］FMVSS No.214D Test Procedure，TP －214D －08［Z］.

［6］International organization for standardization(ISO);Road vehicles-child restraint systems－“Side impact test method”;ISO/DIS 14646;SIS，Sweden，2004［Z］.

［7］Review of the Development of the ISO Side Impact Test Procedure for Child Restraint Systems ESV Conference，Lyon，2007b［Z］.

［8］葛如海，苗強.車用兒童約束裝置綜述［J］.中國安全科學學報，2006，16(4):42 －47.

［9］Andreas Ratzek，Hubert Paulus.Latest results of the ADAC CRS test.Presented at:Protection of Children in Cars，Munich-December 6/7，2007［Z］.