實車側面柱碰撞Q3假人的損傷研究

劉磊　彭文春　何成　謝軍

摘 要：針對目前國內標準缺乏對Q3假人在實車側面柱碰撞工況下的測試和評價，開展了9個實車側面柱碰撞試驗，將Q3假人放置在駕駛員后排座椅。結果顯示，頭部3ms累積合成加速度只有1次試驗沒有扣分，有2次超出低性能值；HIC15有4次出現扣分，1次超出低性能值；胸部3ms累積合成加速度只有1次小于低性能值；骨盆合成加速度峰值大。頸部的受傷風險小。Q3假人的頭部、胸部和腹部有較大受傷的風險，應納入評價指標。

關鍵詞：Q3假人 側面柱碰撞試驗 評價指標

車輛發生側面碰撞交通事故的頻率僅次于正面碰撞[1-3]。車輛側面空間小，發生側面碰撞后，兒童會迅速發生二次碰撞，生產情況比較惡劣。研究表明，在車輛側面碰撞交通事故中，兒童乘員的頭部和胸部容易受到嚴重損傷[4，5]。

側面柱碰撞更加不同于側面碰撞，碰撞位置的車體變形更加嚴重，嚴重時，車體發生折彎。Q3假人在側面柱碰撞中的損傷情況未知。而且我國法規在實車側面柱碰撞上對兒童保護的測試和評價是一片空白，因此，開展有關兒童約束系統實車側面柱碰撞安全性能的測試研究就顯得很有必要。

1 試驗方案

1.1 試驗方法

試驗車輛后備箱對行李質量進行配重，行李質量為46kg或額定貨物和行李的質量-90kg（取質量較小者）。駕駛員和副駕駛員座椅依照廠家的設計位置進行調節。在駕駛員位置放置一個WorldSID 50th型側碰撞假人。在副駕駛員位置放置一個ES-2型側碰假人。

Q3假人乘坐于前向或者后向兒童座椅，上手臂緊貼上軀干，與胸椎平行，手掌緊貼大腿和坐墊。兒童乘員安裝于駕駛員側后排座椅。調整兒童安全帶時，給拉帶施加250±25N的力。此座椅前后方向調節至中間位置，上下方向調節至最低位置，靠背角調節至23°，頭枕調節至最低鎖止位置。

滑動車輛橫向至剛性柱，當接觸發生時，平行于車輛碰撞速度矢量的垂直面（圖1）與車輛縱向中心線之間應形成75°±3°的碰撞角度。

Q3假人采集頭部、頸部、胸部和骨盆等部位的傷害數據。為采集兒童假人在碰撞過程中的運動姿態，在兒童乘員正前方安裝車載高速攝像機。

目前車輛占有率高的為SUV，本研究選取小型和中型SUV作為研究對象，總共9輛車，其中小型SUV為4輛，中型SUV為5輛。第1、5、9次試驗為前向CRS安裝，其他為后向CRS安裝。

2 假人傷害分析

以下對Q3假人頭部、頸部、胸部和骨盆數據進行詳細的分析。

2.1 Q3假人頭部數據分析

頭部3ms累積合成加速度如圖2所示。由圖可知，頭部3ms累積合成加速度的最大值為95.78g，最小值為54.53g，平均值為69.54g。C-NCAP評價規程2021版中，正面碰撞中Q3假人頭部3ms合成加速度的高性能值和低性能值分別為60g和80g。只有1次試驗小于60g，有2次試驗大于80g。

頭部HIC15傷害值如圖3所示，HIC15傷害值的最大值為705，最小值為315，平均值為438.8。C-NCAP評價規程中，正面碰撞中Q3假人頭部HIC15的高性能值和低性能值分別為500和700。4次試驗超過高性能值，其中有1次試驗超出低性能值。

整體分析Q3假人頭部的數據可知，Q3假人頭部有很大的受傷風險，甚至對兒童有致死的可能。CRS后向安裝的Q3假人傷害相對較小。

2.2 假人頸部數據分析

各次試驗頸部Fy的最大值如圖4所示，最大值為0.54kN，最小值為0.03kN，平均值為0.19kN。

各次試驗頸部Fz的最大值如圖5所示，最大值為1.47kN，最小值為0.14kN，平均值為0.61kN。C-NCAP評價規程中，正面碰撞中Q3假人頸部Fz的高性能值和低性能值分別為1.555kN和2.84kN。各次試驗中，Fz的最大值是高性能值的94.5%。

各次試驗頸部Mx的最大值如圖6所示，最大值為28.74Nm，最小值為3.91Nm，平均值為11.36Nm。

整體分析Q3頸部的數據可知，各值數值都不大。說明在碰撞中，兒童座椅能對Q3假人的頸部起到一個較好的保護作用。有2次試驗的Fz超過1.3kN，所以，側面柱碰中，Q3假人的頸部也存在一定的受傷風險。

2.3 假人胸部數據分析

胸部3ms累積加速度如圖7所示。由圖可知，胸部3ms合成加速度的最大值為79.51g，最小值為51.79g，平均值為66.61g。C-NCAP評價規程中，正面碰撞中Q3假人胸部3ms合成加速度的高性能值和低性能值分別為41g和55g。9次試驗全部超出高性能值，只有1次試驗小于低性能值。說明側面柱碰對Q3兒童胸部有嚴重的受傷風險。

各次試驗假人胸部Y方向上壓縮量的最大值如圖8所示。由圖可知，Q3假人胸部X方向壓縮量的最大值為7.73mm，最小值為0.63mm，平均值為4.17mm。

2.4 假人骨盆數據分析

各次試驗假人骨盆合成加速度的最大值如圖9所示。由圖可知，骨盆合成加速度的最大值為91.01g，最小值為58.01g，平均值為75.96g。假人骨盆受到嚴重的擠壓，有較大的損傷風險。

3 假人運動響應分析

前向CRS安裝與后向CRS安裝比較，Q3假人的運動響應不同。

前向CRS采用ISOFIX和上拉帶進行固定，CRS穩固地固定車輛座椅上。發生碰撞后，CRS和Q3假人向車門內飾運動，伴隨繞ISOFIX的輕微轉動，并迅速被車門內飾扶手阻擋，如圖10（a）。因為CRS的束縛，Q3假人與CRS發生擠壓，手臂和腿與車門內飾接觸，如圖10（b）。整個碰撞過程中，Q3假人的頭部和上軀干被舒服在CRS內，未與車內飾發生接觸，如圖10（c）。Q3假人的頭部、胸部、腹部發生嚴重的擠壓。

后向CRS采用車輛安全帶進行固定，相對ISOFIX和上拉帶的固定更加松動。發生碰撞后，CRS和Q3假人向車門內飾快速移動，并被車門內飾阻擋，如圖11（a）。因為CRS的束縛，Q3假人與CRS發生擠壓，手臂和腿與車門內飾接觸，如圖11（b）。整個碰撞過程中，Q3假人的頭部和上軀干被舒服在CRS內，未與車內飾發生接觸，如圖11（c）。因為CRS固定方式的松動，Q3假人的頭部在碰撞過程中轉動較大。

2種安裝方式，CRS將兒童乘員牢牢地約束住，防止兒童乘員從CRS中掙脫。CRS阻隔了兒童與車內飾的直接碰撞接觸，并且兒童座椅具有緩沖吸能作用，尤其是頭枕對兒童的頭部的保護作用。側氣簾對2種安裝方式的兒童保護沒有重要意義。前向安裝，因固定穩固，CRS和Q3未與側氣簾發生嚴重的擠壓。而后向安裝，碰撞區域內沒有充氣區域，所以側氣簾無保護效果。

4 Q3兒童損傷評價分析

關于頭部的評價，ECE R129在側面滑臺試驗中對Q3假人的HIC15和3ms累積合成加速度要求的損傷容限為800和80g。C-NCAP評價規程2021版對Q3假人的HIC15和3ms累積合成加速度要求的損傷容限為500和60g。9次實車碰撞試驗中，兒童乘員頭部HIC15的最大值為750，為損傷限值的1.5倍。而3ms累積合成加速度為95.78g，為損傷限值的1.6倍。目前，3歲兒童乘員的頭部存在較大的受傷風險。

關于頸部的評價，東盟NCAP正碰試驗Q3假人頸部Fz的扣分點為1.7kN。C-NCAP評價規程2021版正碰試驗Q3假人頸部Fz的扣分點為1.555kN。本研究中Fz的最大值為1.47kN，為扣分點的94.5%。所以車輛對Q3假人的頸部起到一個較好的保護作用。

關于胸部的評價，東盟NCAP和C-NCAP評價規程2021版正碰試驗Q3假人胸部3ms累積加速度的扣分點為41g，損傷限值為55g。9次試驗全部超出扣分點，且有8次試驗高于損傷限值。說明側面柱碰對Q3兒童胸部有嚴重的受傷風險。

沒有法規對Q3假人腹部進行評價，從高速攝像分析中可得知，碰撞后，Q3假人于CRS發生嚴重擠壓，骨盆累積合成加速度數值大，存在較大損傷風險，應對骨盆進行評價。

5 結論

從高速攝像分析，CRS能有效約束兒童乘員，使Q3牢牢地保持在CRS中。

從Q3假人采集的數據分析，目前市場上的車輛對Q3假人頸部的保護比較好。但頭部、胸部和骨盆有較大的受傷風險。應加強對Q3假人的頭部、胸部和腹部進行評價，以在側柱碰撞事故中有效保護3歲兒童。

參考文獻：

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