基于ECE R44設備實現ECE R129側向撞擊能力的研究*

蔡步健，鄭昌龍，張俊杰，黃建峰，曾令松，蒼安國

（廣東出入境檢驗檢疫局檢驗檢疫技術中心，廣東廣州 510000）

1 側向碰撞背景

針對兒童乘員在車輛碰撞事故中的損傷保護，國外早在20世紀中期就開始了相關的研究，并取得了一定的進展。瑞典研究人員發現在側面碰撞事故中，使用后向式兒童約束系統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據庫公布的數據指出：靠近碰撞側的兒童乘員遭受AIS2+以上損傷的風險要比遠離碰撞側的兒童乘員高，直接與車輛內飾接觸導致受傷的比例占45%；由于與兒童約束系統接觸導致受傷的比例占14.4%。同時，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%。根據加拿大統計的側面碰撞交通事故的相關資料可知：最危險的位置是發生碰撞的一側，在車輛發生側面碰撞時，受到撞擊的車門由于變形所產生的直接載荷，大大提高了坐在發生碰撞一側的兒童受到嚴重傷害的風險；根據我國公安部交通管理局的統計數據表明，2009年我國發生的交通事故中，正面碰撞事故所占的比例為25.42%，追尾碰撞事故占10.50%，而側面碰撞事故達37.29%，所導致的財產損失比例高達24.39%。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%，僅次于正面碰撞。而在造成傷亡的事故中，側碰事故約占35%；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，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。因此，側面碰撞交通事故所造成的經濟損失和社會問題是不容忽視的，當兒童乘車時一旦發生側面碰撞交通事故，兒童收到的傷害程度不遜于正面碰撞。

目前許多發達國家都已實施了兒童約束系統碰撞試驗方法的相關法規，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，而針對兒童側面碰撞有明確要求的法規只有美國的FMVSS213法規和歐洲最新的ECE R129法規。相比于歐洲現行的ECE R44法規，ECE R129最顯著就是新增加了側面碰撞防護要求，而在側面碰撞要求中重點參數指標是頭部傷害指數HPC：

式中：T0為碰撞開始時刻(s)；

TE為碰撞結束時刻(s)；

t1、t2_HIC為達到峰值的時間段，該段時間的開始時刻和結束時刻(s)；

R(t)_TO為到TE時間段內的頭部質心合成線性加速度(g)。

在1986年的FMVSS標準當中，定義用于計算HIC數值的時間間隔為36 ms，而現在這個時間間隔已被調整為15 ms。

由于側面碰撞隱藏的風險如此之大，在我國盡快建立兒童約束系統側面碰撞評估能力，推進完善側面碰撞事故保護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技術能力基礎上的設備，通過技術改造，使之同時具備ECE R129側面碰撞能力。

2 側向碰撞試驗臺車

ECE R129法規對比與ECE R44在碰撞臺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臺車座椅尺寸

圖2 ECE R129臺車座椅尺寸

由于現有設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，滑車上布滿規律分布的M22螺孔，方便組裝不同的座椅設備；根據ECE R129提供的側轉臺車座椅尺寸，經過繪圖、進過加工改造完成側向碰撞用座椅，并能順利安裝固定于設備滑車上。

3 側向碰撞門

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

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

圖3 側向碰撞門尺寸

圖4 側向碰撞門完成圖

圖5 側向碰撞門

ECE R129對側向碰撞T0時刻有明確要求，碰撞發生瞬間T0時側向碰撞門停留在臺車座椅中心線350 mm處，經過調整如圖6所示。

4 側向碰撞速度變化曲線的實現

完成ECE R129側面碰撞試驗必須要滿足側面碰撞的速度曲線要求，由于現有設備是減速型碰撞裝置，只能改造成T0時刻門板靜止的方式，根據法規要求T0時刻假人相對地面的速度為6.375 m/s～7.25 m/s，而且這個相對速度不能受兒童約束系統接觸的影響。試驗速度曲線在規定時間內保持在規定的區間內。試驗中，在T0時刻側面沖擊門是靜止的，假人的地面速度應該在6.375 m/s和7.25 m/s之間。門從T0時刻開始移動，門的地面速度保持在如圖規定的區間內直到移動到規定的最大行程，在T0時刻假人是靜止的。試驗過程中，作動行程在距座椅幾何中心350～100 mm之間。

圖6 側向碰撞門T0位置

圖7 側向碰撞速度曲線

法規ECE R129沒有規定給滑車減速用的介質材料，考慮到試驗穩定性，材料重復利用性，成本及易操作性等因素，一種一次性投入、性能穩定、對環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數據，通過比較得出ECE R44后向撞擊時的速度曲線與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管進行嘗試ECE R129的側向碰撞，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，碰撞發生瞬間速度偏高，速度衰減較快，但速度整體變化與側向碰撞要求是相似的；考慮到減速用的橄欖頭直徑會對速度影響較大及臺車總重量對速度的影響等因素，繼續用后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，再次進行嘗試性試驗，得到速度變化曲線如圖9（a）所示。

圖9 側面碰撞速度曲線

從圖9（a）可以看出，經過調整臺車總重量、橄欖頭直徑后，得到的速度曲線已經基本符合ECE R129側面碰撞的要求，只是在30～70 ms這段時間內速度衰弱得比較快，已經接近速度下限。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，經過再次調整參數后的側面碰撞速度曲線完全符合法規要求，再測量碰撞侵入量是240 mm（法規要求是250 mm±50 mm），也完全符合法規要求。

至此在ECE R44設備基礎上進行ECE R129改造已基本實現，為了減少側面碰撞受環境（特別溫濕度）的影響，同時為確保滿足不同重量的兒童約束系統，對改造后的設備進行多次多參數修正碰撞驗證，驗證的參數如表1所示。

表1 不同參數約束系統驗證參數

通過驗證試驗得出，ECE R44設備經過改造后已經完全具體ECE R129側面碰撞的能力，而且在不同質量兒童約束系統，可控范圍內溫濕度的變化情況下，只要通過調節橄欖頭直徑都能滿足側面碰撞的要求，并且適用PU管座椅減速裝置，其穩定性、重復利用率、易操作性都極大滿足日常高強度碰撞試驗的需要，此次改造成果完全可以在日后試驗中得到充分運用。

5 結束語

當前ECE R44批準的兒童約束系統不會馬上被代替且持續有效，但預計到2020年ECE R129將全面取代現行的ECE R44而成為世界上通用的兒童約束系統法規。由此背景推動，全球范圍內的兒童約束系統制造商都紛紛加大力度開發符合新法規的產品，達到搶占市場的目的，為滿足日益增加的測試需求，在國內建立具備ECE R129側面碰撞的測試能力已呈勢在必行之勢。本文介紹了在ECE R44設備上改造使其具備ECE R129側面碰撞能力的相關過程，當中對測試影響較大的減速裝置選用了重復利用率高、性能穩定的PU管，并且能通過調整橄欖頭直徑、臺車總重量等來適應不同重量兒童約束系統的測試需求，大大提高了設備利用率，減少了設備購置成本，也拓寬了測試領域范圍。通過本文的介紹也希望能給兒童約束系統制造商及相關實驗室提高參考，用以改善產品質量、縮短研發周期、提升測試水平等，也希望國內兒童約束系統制造水平和測試水平能與發達國家齊頭并進。

參考文獻：

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