CNCAP中Q10兒童假人標定試驗方法研究

蔣熊力忍

摘 要：Q10兒童假人是目前應用比較多的一種假人，特別是隨著C-NCAP的改版，在2021年版中引入了新的碰撞試驗類型和Q10兒童假人。本文從Q10兒童假人的標定試驗構成、假人的結構模塊以及標定試驗方法等多方面進行分析，研究了滿足C-NCAP要求的Q10兒童假人的標定試驗方法，并給出了標定步驟以及標定評價方法。

關鍵詞：Q10假人 標定試驗 汽車安全

Research on Calibration Test Method of Q10 Child Dummy in CNCAP

Jiang Xiongliren

Abstract：Q10 dummy is a kind of dummy which is widely used at present. Especially with the revision of C-NCAP， a new type of crash test and Q10 dummy are introduced in the 2021 edition. This paper analyses the composition of Q10 child dummy calibration test， structure module analysis of dummy and calibration test method， studies the calibration test method of Q10 child dummy which meets the requirements of C-NCAP， and gives calibration steps and calibration evaluation method.

Key words：Q10 Dummy， calibration test， automobile safety

1 前言

隨著汽車碰撞安全領域技術的不斷發展，相關測試標準也在不斷更新，逐步推出更貼近真實事故形態的測試試驗方法，比如正面40%重疊可變形壁障碰撞試驗將碰撞試驗速度從56KM/H提高到64KM/H，再到2021年CNCAP評價規程中取消ODB試驗，而采用MPDB試驗來模擬車輛前部碰撞事故形態[1]。

2021年版CNCAP的MPDB試驗采用的假人與之前偏置碰撞有較大區別，被取消的ODB試驗采用的假人為2個HIII 50%男性假人、1個HIII 5%女性假人，而MPDB試驗采用的假人為1個THOR 50%假人、2個HIII 5%女性假人和1個Q10兒童假人。被引入的Q10兒童假人在之前CNCAP實車碰撞試驗方法中從未被使用過，而Q10兒童假人是整個Q系列兒童假人中，結構最復雜、標定試驗流程耗時最長的兒童假人[2-3]。

2 Q10兒童假人標定試驗構成

Q系列兒童假人包括Q0、Q1、Q1.5、Q3、Q6、Q10六個型號的兒童假人，Q系列兒童假人標定部位如表1所示。

標定Q10兒童假人需要用到四個標定試驗臺，包括一個跌落標定臺、兩個沖擊標定臺、一個靜態壓縮標定臺。涉及到的標定部位包括頭部、頸部、腰椎、胸部、骨盆、肩部以及腹部。Q10兒童假人標定試驗構成如表2所示，標定Q10兒童假人至少需要進行20次標定試驗。

3 Q10兒童假人結構分析

20世紀70年代末到80年代初，開發了P系列兒童假人。截至到2013年，P系列假人仍然是歐洲法規ECE-R44所使用的假人，也被許多其他標準采用。1993年，國際兒童假人工作組開始開發一系列新的兒童假人，作為P系列兒童假人的后續產品，這個新系列被稱為Q系列兒童假人，與P系列兒童假人相比，Q系列假人的生物力學特性有所改善，其中，對Q10兒童假人的設計始于2009年。

Q10兒童假人的組成部件包括：頭部模塊、頸部模塊、胸部模塊、腹部模塊、腰椎模塊、骨盆模塊、手臂模塊、腿部模塊、衣服模塊以及臀部防護模塊。

頭部模塊。Q10兒童假人頭部模塊通常安裝有三向加速度傳感器以及三軸角速度傳感器，用以測量試驗過程中的頭部加速度以及角速度。對頭部進行標定時，主要是利用頭部的三向加速度來進行評價。

頸部模塊。頸部模塊是Q系列兒童假人較為重要的一個模塊，通常安裝有上頸部力傳感器和下頸部力傳感器，其中，每個頸部力傳感器都為六向（力三向、力矩三向），上頸力傳感器也可用替代塊進行代替。對頸部進行標定時，主要是利用頸部的頸部力傳感器、角度傳感器以及擺錘加速度傳感器。

胸部模塊。胸部模塊用以測量胸部壓縮量，通常安裝有2個IR-TRACC胸位移傳感器。Q10兒童假人分為正碰用Q10假人和側碰用Q10假人，正碰時，IR-TRACC胸位移傳感器朝前，側碰時，根據碰撞位置，選用側碰安裝包，正確安裝IR-TRACC壓縮方向，保證其朝向為左側或右側，與試驗保持一致。標定時，也需對正碰和側碰分別進行標定，主要利用胸部的胸位移傳感器。

腹部模塊。腹部模塊用以測量腹部的壓縮量，通常安裝有2個腹壓傳感器。在標定時，主要考察在靜壓下，腹部塊的壓縮變形量。

腰椎模塊。腰椎模塊承受著兒童假人上半身所有的重量，當假人軀干頻繁且大幅度的彎曲時，容易造成腰椎模塊的損壞。腰椎模塊通常安裝有六向的力傳感器（力三向、力矩三向），也可用替代塊進行代替。對腰椎進行標定時，主要利用角度傳感器以及擺錘加速度傳感器。

骨盆模塊。骨盆通常安裝有恥骨力、髂骨力和三向加速度傳感器，恥骨力用以測量在側碰狀態下，恥骨所受力的大小，髂骨力用以測量在正碰狀態下，髂骨所受力的大小。對骨盆標定時，主要利用恥骨力傳感器進行標定。

手臂模塊。Q10兒童假人的手臂模塊分為全臂和半臂，通常全臂用于正碰試驗，半臂用于側碰試驗。對肩部進行標定，主要是利用安裝在肩部的肩部力傳感器（包含力和力矩），全臂和半臂均需要標定。

腿部模塊。Q10兒童假人的腿部并不需要進行標定，但在標定胸部、肩部和骨盆時，需要對全假人進行標定，會使用到腿部模塊。

衣服模塊。Q10兒童假人衣服為緊身橡膠材料制成，衣服為假人的一個組成部分，在標定試驗時，需將衣服正確穿著在假人身上。其上裝和下裝通過位于腹部處拉鏈進行連接。

臀部防護塊。臀部防護塊分為左右兩塊，僅在正面碰撞試驗中使用，用以防止骨盆和大腿之間的安全帶卡滯。

4 試驗方法

4.1 頭部標定

頭部標定包括三個部分，頭部正面跌落標定試驗、頭部左側跌落標定試驗和頭部右側跌落標定試驗。通過采集安裝于頭部的三向加速度傳感器信號來判定標定試驗是否合格。其中，同一部位最短標定時間間隔是30分鐘。

頭部正面跌落標定試驗。頭部的Z軸應與水平面成28±2°，頭部水平方向保持在±1°范圍以內，頭部最低點與水平撞擊面的距離為130±1mm。當標定結果滿足：頭部合成加速度最大值在124.2-151.8g之間，Y方向的加速度在-10到10g之間，則為標定試驗通過。

頭部左/右側跌落標定試驗。左/右側跌落標定試驗的頭部定位方法相同，使中矢面與水平面成35±2°，前后水平軸保持在±1°范圍內，頭部最低點與水平撞擊面的距離為130±1mm。當標定結果滿足：頭部合成加速度最大值在128.7-157.3g之間，Y方向的加速度在-20到20g之間時，則為側向頭部跌落標定試驗通過。

4.2 腹部標定

腹部標定試驗屬于部件標定試驗，需要將腹部塊從假人腹部取出。腹部標定試驗使用到的標定裝置為腹部標定臺，通過游標卡尺測量，配重前后兩個板高度之間的差值，其配重重量為10.10±0.050kg。標定結果滿足：腹部壓縮量為8.4mm-12.4mm時，腹部標定試驗通過。

4.3 頸部標定

Q10兒童假人的頸部標定分為4部分，包括：頸部壓縮標定試驗、頸部拉伸標定試驗，頸部左側標定試驗以及頸部右側標定試驗。通過采集安裝于頸部的頸部力傳感器、角度傳感器以及擺錘的加速度傳感器信號來判定標定試驗是否合格。同樣地，同一部位最短標定間隔時間為30分鐘。

頸部壓縮標定試驗。標定試驗使用的標定裝置為頸部標定臺，通過將安裝有頸部部件的擺臂提升至與垂直面成一定角度，并在撞擊位置布置一定數量的蜂窩鋁，來實現撞擊速度為4.8±0.1m/s，并且擺錘沖擊的減速通道滿足如表3所示。

在滿足以上通道條件的前提下，當頭部最大角度滿足50.4°-61.6°，頭部轉角通道內的峰值力矩滿足28.8Nm-35.2Nm時，則標定試驗通過。

頸部拉伸標定試驗。擺錘沖擊速度要求為3.7±0.1m/s，擺錘沖擊減速度通道為，10ms時，0.7m/s-1.7m/s;20ms時，1.7m/s-2.8m/s;30ms時，2.8m/s-4.0m/s。在滿足以上條件的前提下，頭部最大角度為56.7°-69.3°，峰值力矩為-12.96Nm至-15.84Nm。

頸部左/右側標定試驗。頸部側向標定試驗的擺錘沖擊速度要求、擺錘沖擊減速度通道與拉伸標定試驗相同。頭部最大角度要求為45.9°-56.1°，峰值力矩要求為14.85Nm-18.15Nm。

4.4 腰部標定

Q10兒童假人腰部標定試驗使用到的標定設備與頸部標定相同，腰部標定試驗與頸部標定試驗不同點在于使用的工裝和傳感器有所不同。Q10假人的腰部標定試驗分為三個部分，包括前向、左側和右側。腰部標定試驗相較于頸部標定試驗，減少了力傳感器的信號采集。

腰部正向標定試驗。擺錘的沖擊速度要求為4.4±0.1m/s，擺錘沖擊減速度通道為，10ms時，0.9m/s-1.9m/s;20ms時，2.3m/s-3.4m/s;30ms時，3.4m/s-4.6m/s。在滿足以上速度要求的前提下，當最大旋轉角度為45.9°-56.1°，且最大旋轉角度出現時刻滿足在60.3ms-73.7ms范圍內時，則腰部正面標定試驗通過。

腰部左/右側標定試驗。腰部側向標定試驗的判定條件與正向標定試驗相同，在進行腰部側向標定時，更換工裝即可。

4.5 胸部標定

Q10兒童假人胸部標定分為三個部分，包括正向、左側和右側，這三次標定試驗都需要用到胸位移傳感器（胸位移傳感器分為上胸位移傳感器和下胸位移傳感器），因此，在標定胸部不同部位時，需要更換胸位移傳感器。胸部標定試驗通過采集安裝于胸部的IR-TRACC以及擺錘上的加速度傳感器信號來判定標定試驗是否合格。胸部標定試驗使用到的標定裝置為胸部標定臺，不同假人對應擺錘的質量各不相同[4-6]。

胸部正面標定試驗。擺錘的沖擊速度要求為4.2m/s-4.4m/s，胸部位移最大值要求為31.95mm-39.05mm，沖擊擺錘峰值力范圍為1530N-1870N。

胸部左/右側標定試驗。在標定胸部左/右側時，需要將手臂抬起，使得擺錘能直接沖擊胸部側向標定位置。胸部側向標定試驗的擺錘速度要求與正面標定試驗相同，胸部位移最大值要求為24.39mm-29.81mm，沖擊擺錘的峰值力范圍為2025N-2475N。

4.6 骨盆標定

骨盆標定試驗臺與胸部標定試驗臺相同，利用擺錘沖擊骨盆來驗證其性能。骨盆標定分為兩部分，包括骨盆左側標定試驗和骨盆右側標定試驗。骨盆標定試驗是Q10兒童假人特有的標定試驗，其他的Q系列兒童假人都不需要對骨盆進行標定。

骨盆左/右側標定試驗。擺錘的沖擊速度要求為4.2m/s-4.4m/s，沖擊擺錘峰值力范圍為3735N-4565N，并記錄恥骨力峰值大小。

4.7 肩部標定

Q10兒童假人肩部標定也屬于特有的標定試驗，其他的Q系列兒童假人不需要對肩部進行標定。Q10假人的手臂分為全臂和半臂，需要分別對其進行標定。因此，肩部標定試驗分為四個部分，包括全臂左側標定試驗、全臂右側標定試驗、半臂左側標定試驗和半臂右側標定試驗。通過采集T1加速度傳感器、擺錘加速度傳感器信號來判斷標定試驗是否通過。

全臂的左/右側標定試驗。擺錘的沖擊速度要求為4.2m/s-4.4m/s，T1加速度峰值范圍為48.0g-68.0g，沖擊擺錘峰值力范圍為2385N-2915N。

半臂的左/右側標定試驗。擺錘的沖擊速度要求與全臂相同，T1加速度峰值范圍為47.7g-58.3g，沖擊擺錘峰值力范圍為2199N-2688N。

5 結論

本文對C-NCAP中Q10兒童假人的標定試驗，從標定試驗構成、假人結構分析以及標定試驗評價方法等方面入手，全面分析了Q10兒童假人標定試驗方法，對其中的關鍵數據、關鍵標定步驟和需要注意的事項進行了詳細的解讀，包括了頭部標定試驗方法等，對C-NCAP兒童假人標定試驗的進行具有一定的指導意義。

隨著C-NCAP的進一步發展，在2021年版C-NCAP中，Q10兒童假人被引入正面50%重疊移動漸進變形壁障碰撞試驗，用以評價第二排人員的傷害情況。通過對Q10兒童假人標定試驗方法的研究，有助于我國汽車安全領域技術的改進與發展。

參考文獻：

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