C-NCAP 2015后排女性假人下潜研究

李永刚，张义，黄强，刘宏达（.国家汽车质量监督检验中心（襄阳），襄阳44004；.东风雷诺汽车有限公司，武汉40056；.东风汽车公司技术中心，武汉40058）

C-NCAP 2015后排女性假人下潜研究

李永刚1，张义2，黄强3，刘宏达1
（1.国家汽车质量监督检验中心（襄阳），襄阳441004；2.东风雷诺汽车有限公司，武汉430056；3.东风汽车公司技术中心，武汉430058）

文章介绍了假人下潜现象和C-NCAP2015年版下潜评价方法，实例分析了某车型40%偏置碰撞试验中后排女性假人髂骨力数据，研究了通道滤波等级（CFC）对假人下潜判定结果的影响，提出了解决女性假人下潜的改进思路。

下潜；女性假人；髂骨力；通道滤波等级（CFC）

李永刚

吉林工业大学（吉林大学）测控技术及仪器专业毕业，高级工程师，主要从事安全试验技术研究。

中国汽车技术研究中心《C-NCAP管理规则（2015年版）》评价规则2015年4月发布，将于2015年7月正式引入评价体系。相对于2012版管理规则，2015版管理规则进行了十余项改进，本文将就碰撞试验中后排女性假人下潜判定标准的改变进行分析研究。

C-NCAP管理规则只针对试验车辆前两排座椅安放试验假人进行测试，所以“后排”特指车辆第二排座椅。

1　下潜现象

下潜现象是指正碰碰撞试验过程中因座椅座盆变形而引起的座椅前端向下塌陷，从而导致假人向前向下滑动的现象。正面碰撞试验包括100%正面碰撞试验和40%偏置碰撞试验。

下潜现象是在车辆碰撞事故中不期望发生的现象，将会加大对乘员腹部的伤害。在车辆碰撞减速阶段，由于作用在骨盆位置处的合力（包括座椅、安全带等作用）不均衡，导致安全带腰带发生滑动，脱离正常使用位置，从骨盆处滑向腹部，并将相应的负载力直接作用在腹部上，造成腹部软组织受伤。严重下潜现象往往还会造成乘员头部和胸部的二次伤害。

女性乘员一般个体较小，在车辆后排乘坐时与车身安全带匹配效果不佳，在碰撞事故发生下潜、受到严重伤害的几率更高，所以C-NCAP管理规则将后排女性下潜纳入评价范围。

C-NCAP管理规则正面碰撞试验中后排左边外侧座椅（驾驶员后方座椅）采用混合III型第5百分位女性假人进行测试，女性假人体重50 kg，坐高787 mm。

2　C-NCAP后排女性假人下潜判定标准的改进

2012版管理规则规定：如果试验中后排女性假人约束系统失效则减去1分，约束系统失效包括假人出现下潜现象，主要通过高速摄像和试验后假人姿态来判断。试验后假人姿态异常见图1：

2015版管理规则量化了下潜现象的判定标准：以女性假人骨盆左右两侧髂骨力传感器（见图2）的信号为主来判断碰撞过程中假人是否发生了下潜，高速摄像作为辅助判断依据。分别计算女性假人左右两侧髂骨力变化速率判断是否发生了下潜，单侧下潜扣0.5分，两侧都下潜则扣1分。后排女性假人在碰撞试验过程中运动姿态差异较大，可能出现假人发生了下潜而髂骨力传感器信号仍然正常的情况，所以继续保留高速摄像作为辅助判断依据。

2015年版假人下潜判定标准从定性判定改进为定量判定，更合理和便于操作，期望进一步提高评价规则的客观性。

3　C-NCAP2015后排女性假人下潜研究

3.1C-NCAP2015下潜判定标准的详细描述

后排女性假人下潜现象通过假人髂骨受力情况来进行判断：在假人骨盆向前，髂骨受力减小阶段，在持续1 ms时间范围内，若髂骨力减小速率大于1 000 N/ms，判断发生了下潜；在骨盆回弹阶段，若减小速率大于1 000 N/ms，但此时髂骨力小于2 400 N的情况除外。另外，髂骨受力情况不稳定时，以完全卸载阶段的信号进行判断，作为参考，可以通过车载摄像机的视频图像及安全带腰带力进行辅助确认。通过骨盆X向和Z向的合成加速度来计算骨盆的速度，并将与车身相对速度相同的时刻判定为骨盆回弹0时刻。

C-NCAP2015后排女性假人下潜判定标准描述包含了一系列的判定条件和判定结论，仅仅通过文字理解比较困难，下潜判定流程图给出了比较清晰的思路，见图3：

3.240%偏置碰撞试验后排女性假人下潜实例研究

某车型在开发过程中参照C-NCAP2015年版要求进行了40%偏置碰撞试验，试验速度64 km/h。后排女性假人骨盆左右两侧安装了髂骨力传感器，试验中采集了信号，试验后下载髂骨力传感器信号。

按照下潜判定流程图的指导逐步进行处理分析，判断碰撞过程中后排女性假人是否发生下潜现象。

步骤一、髂骨力传感器信号采用CFC180进行滤波得到髂骨力试验曲线（见图4），求导得到髂骨力变化速率曲线。从髂骨力变化速率曲线上很容易判断左右髂骨力变化速率都有超过1 000 N/ms的峰值，为了方便后面的分析讨论，定义左侧髂骨力变化速率超过1 000 N/ms的峰值为峰值A和峰值B，右侧髂骨力变化速率超过1 000 N/ms的峰值为峰值C，见图5和图6：

步骤二、分析髂骨力变化速率超过1 000 N/ms峰值的持续时间。放大髂骨力变化速率曲线，峰值A超过1 000 N/ms持续时间0.7 ms，峰值B超过1 000 N/ms持续时间1.4 ms，峰值C超过1 000 N/ms持续时间1.6 ms，见图7。女性假人髂骨力变化速率大于1 000 N/ms的峰值B和峰值C持续时间都超过了1 ms。

式中：Axz—骨盆X向和Z向合成加速度；Ax—骨盆 X向加速度；Az—骨盆Z向加速度。

合成加速度积分得到速度，假人骨盆加速度和速度曲线见图8，假人骨盆速度曲线和车身速度曲线见图9。两条速度曲线相交点速度为20.3 m/s，表明骨盆速度与车身速度相同，时刻为114 ms，判定114 ms为骨盆回弹0时刻。

波峰B超过1 000 N/ms时刻为90.2 ms，持续到91.6 ms，均早于114 ms，髂骨力变化速率超过1 000 N/ms没有发生在骨盆回弹阶段，可以判定女性假人左侧发生下潜，扣0.5分。

波峰C超过1 000 N/ms时刻为74.6 ms，持续到76.2 ms，均早于114 ms，髂骨力变化速率超过1 000 N/ms没有发生在骨盆回弹阶段，可以判定女性假人右侧发生下潜，扣0.5分。

表1　后排女性假人下潜分析结果表

分析结论：试验中后排女性假人左右两侧都发生下潜，应该扣1分。某车型40%偏置碰撞试验中后排女性假人下潜实例分析到此结束，分析结果见表1。

为了全面理解和掌握C-NCAP2015后排女性假人下潜判定标准，假定波峰B和波峰C信号都发生在假人骨盆回弹阶段，继续分析。

步骤四、判断假人髂骨力值是否超过2 400 N。

髂骨力变化速率波峰B超过1 000 N/ms起始时刻为90.2 ms，该时刻点在髂骨力曲线上对应的力值为2 605.8 N（见图10），大于2 400 N，可以判定假人左侧发生下潜，扣0.5分。

其实，梁诚用刀插中的不过是美娟藏在胸前的血包，梁诚故意让凌薇确认美娟的死，美娟不过是屏住气息便吓得这位富家小姐失魂落魄。最后，梁诚将美娟拖到浴室，开始大力剁着买来的几十斤猪肉，最后将碎肉冲进马桶。

髂骨力变化速率波峰C超过1 000 N/ms起始时刻点74.6 ms，该时刻点在髂骨力曲线上对应的力值为2 792.6 N（见图11），大于2 400 N，可以判定假人右侧发生下潜，扣0.5分。

以上是按C-NCAP2015判定标准进行后排女性假人下潜判定的完整研究。

4　后排女性假人下潜判定标准的深层研究

4.1骨盆回弹阶段髂骨力值超过2 400 N的持续时间

假人骨盆回弹阶段，髂骨力变化速率超过1 000 N/ms持续时间内，髂骨力值是否需要持续保持超过2 400 N？关于这个问题2015年版管理规则正文中表述不明确，《C-NCAP管理规则（2015版）中关于后排假人下潜判定方法》中解释，只需要确定在髂骨力变化速率超过1 000 N/ms的起始时刻所对应的髂骨力值是否超过2 400 N，如果超过2 400 N就可以判定发生了下潜。上述试验结果中，如果按髂骨力值全程都需要超过2 400 N判定则没有发生下潜，如果按起始时刻髂骨力值超过2 400 N判定则两侧都发生下潜。

4.2髂骨力变化速率超过1 000 N/ms持续时间的计算方法

确定髂骨力变化速率超过1 000 N/ms的持续时间时，是否采用差值方法来计算确定时间长度？CNCAP碰撞试验采样率为10 kHz，每个有效数据点时间间隔0.1 ms，不采用差值计算的方法来确定变化速率超过1 000 N/ms的持续时间，则至少需要有10个连续数据点的值大于等于1 000 N/ms才有可能判断出现了下潜现象。EVA数据处理软件采用了差值计算方法，计算得到的持续时间间隔较长。

4.3通道滤波等级（CFC）对分析结果的影响

通道滤波等级（CFC）是针对实车碰撞试验特点专门设计的滤波器，假人不同部位和不同类型传感器的信号必须采用不同的通道滤波等级进行滤波处理。常用通道滤波等级对应的参数见表2。

表2　常用通道滤波等级参数

一种满足SAE J211要求的四阶巴特沃斯低通滤波计算方法见公式2：

式中：a0、a1、a2、b1、b2 —与CFC有关的常量；X［t］—滤波前原始曲线；Y［t］—滤波后输出曲线。

假人骨盆部位髂骨力值信号通道滤波等级（CFC）没有统一规定，SAE J211默认使用CFC1000进行滤波，EVA分析软件默认采用CFC600进行滤波，C-NCAP2015年版要求采用CFC180进行滤波。

为了研究通道滤波等级（CFC）对后排女性假人下潜分析结果的影响，对髂骨力信号分别按CFC1000、CFC600和CFC180进行滤波，然后求导得到髂骨力变化速率曲线（见图12）：

分析发现，CFC1000、CFC600和CFC180滤波后，髂骨力曲线差异不大，但髂骨力变化速率曲线差异较大，幅值最大相差157.7%，变化速率超过1 000 N/ms的持续时间（仅单峰）最大相差166.7%。CFC180滤波后髂骨力变化速率峰值明显降低，但脉宽增加。在上述试验中，采用CFC180滤波处理后计算假人右侧发生了下潜，采用CFC600滤波处理后计算假人右侧没有发生下潜。不同CFC滤波髂骨力变化速率数据见表3：

表3　不同CFC滤波髂骨力变化速率数据表（仅单峰）

通道滤波等级（CFC）的选取涉及到最终评价是否扣分，如何选用合适的通道滤波等级（CFC）进行髂骨力信号滤波处理，值得进行深入地研究。

5　后排女性假人下潜改进思路

后排女性假人发生下潜现象主要有两个原因：一是后排安全带没有发挥正常作用，二是后排座椅强度不够。

车辆安全带一般按照成年男性体态特征进行设计安装，身材较小的女性在后排乘坐时安全带有时可能不能正常发挥作用。受空间结构限制，后排安全带安装位置的调整幅度有限，可以考虑安装预紧式安全带，在碰撞开始阶段将松弛的织带张紧，为女性乘员提供更好保护。

增强后排座椅和安装部位车身的结构强度，防止碰撞过程中座椅受力后变形过大导致假人下潜，可以从材料选用和结构设计考虑。

适当调整后排乘员空间地垫结构和硬度，使试验中假人脚部与地垫良好接触，双脚受力均匀可控，从而使假人保持正常的运动姿态。

［1］C-NCAP管理规则（2015年版），中国汽车技术研究中心［S］.

［2］C-NCAP管理规则（2015版）中关于后排假人下潜判定方法，中国汽车技术研究中心［R］，2014.8.

［3］Crash Analysis Criteria DescriptionVersion 2.1.1 ［S］.

［4］SAE J 211-1，Instrumentation for Impact Test-Part 1-Electronic Instrumentation［S］.

［5］朱海涛， 吕恒绪.基于c-ncap规则下后排女性假人下潜研究［C］. 2011第十四届中国汽车安全技术学术会议论文集，2011：451-454.

专家推荐

陈涛：

本文对第二排女性假人下潜的问题做了详细的研究，分析了2015版C-NCAP关于女性假人下潜判定的方法和判定依据。对于通过试验数据评估假人下潜情况有很好的帮助，对于第二排座椅和约束系统设计也有较好的参考价值。

Rear Female Dummy Submarining Research Base on C-NCAP 2015

LI Yong-gang1， ZHANG Yi2， HUANG Qiang3， LIU Hong-da1
（1.National Automobile Quality Supervision and Test Center ［Xiangyang］， Xiangyang 441004， China；2. Dongfeng Renault Automotive Co.Ltd， Wuhan 430056， China； 3.Dongfeng Motor Corporation Technology Center， Wuhan 430058， China）

The article introduced dummy submarining phenomenon and the assessment method in C-NCAP 2015， analyzed the ilium force data of rear seat female dummy during the 40% offset collision test， studied on the influence of the channel filter class （CFC） to the judgementresult ofthe dummy submarining， put forword the improvement ideas for the female dummy submarining.

Submarining；female dummy；ilium force；channle filter class（CFC）

U467.1+4

A

1005-2550（2015）05-0056-06

10.3969/j.issn.1005-2550.2015.05.011

2015-05-25