儿童Q、P假人在C-NCAP-CRS碰撞试验中各评价指标对比分析

杜北华娄磊王明星

（1.长春富维安道拓汽车饰件系统有限公司，长春 130033;2.中国汽车技术研究中心，天津 300300）

儿童Q、P假人在C-NCAP-CRS碰撞试验中各评价指标对比分析

杜北华1娄磊2王明星1

（1.长春富维安道拓汽车饰件系统有限公司，长春 130033;2.中国汽车技术研究中心，天津 300300）

儿童假人是儿童约束系统(CRS)测试中非常重要的试验设备，最新开发的Q系列儿童假人具有更好的重复性、稳定性和生物逼真度，损伤评估能力高且能够分别进行正碰、后碰和侧碰试验，是目前最先进的儿童假人。现行的中国标准GB27887—2011与C-NCAP均采用P假人进行碰撞试验，为实现Q假人完全替代P假人，针对儿童Q、P假人在C-NCAPCRS碰撞试验中各评价指标进行了对比分析，得到了各评价指标Q/P换算关系，为Q假人替代P假人提供了理论基础。

1 前言

目前，全球共有4种“儿童假人家族”用于整车及儿童座椅的开发，即P系列假人、Q系列假人、CRABI假人和HIII假人。美国法规要求采用CRABI假人和HIII假人；欧洲标准ECE R44《关于批准动力驱动车辆上儿童乘客座椅约束装置的统一规定》要求采用P系列假人[1]；欧洲标准ECE R129《增强的儿童约束系统》要求采用Q系列假人[2]。各系列儿童假人之间有着较大的差异，比较而言，最新开发的Q系列儿童假人具有更好的重复性、稳定性和生物逼真度，损伤评估能力强，是目前最先进的儿童假人。

欧洲经济委员会要求从2013年6月起使用ECE R129逐步替代ECE R44,即在欧洲使用Q假人逐步替代P假人[3]，此外EuroNCAP（欧盟新车认证程序/中心）也于2016年开始全面使用Q假人进行整车动态试验[4]。现行的中国标准GB27887—2011《机动车儿童乘员用约束系统》完全采用ECE R44（修订本2）的内容，其与C-NCAP《儿童约束系统（CRS）产品评价规则》（2014年版）同样采用P假人做碰撞试验。为实现标准GB27887及C-NCAP使用Q假人替代P假人，本文通过试验对比分析了在C-NCAP相同碰撞工况条件下Q假人与P假人的各评价指标（伤害值），得到了两种假人各评价指标的换算关系，为Q假人替代P假人提供了理论基础。

2 P假人与Q假人的区别

第1个P3假人产生于1974年，它的本质是一个承载装置，只拥有正确的人体尺寸和人体重量，并不能满足于目前对生物仿真度的要求，仅能用于正面碰撞和后面碰撞试验，如图1所示。随着科技的发展，人们获得了更多的生物仿真数据，基于这些数据，1997年开发出了第1个Q3假人。与P假人相比，Q假人采用了最新的人体测量学数据库（CANDAT）中的数据，因此Q假人的分段重量和主要尺寸与P假人的有所不同，最重要的是Q假人采用了最新的生物仿真学数据，不仅可用于正面碰撞和后面碰撞试验，还可用于侧面碰撞试验[5]，如图2所示。

图1 P假人家族（P10、P0、P3、P3/4）示意

图2 Q假人家族（Q1.5、Q3、Q0、Q6、Q1）示意

3 婴儿用儿童座椅装载P、Q假人在正面和后面碰撞试验中各评价指标的数据对比

将8种不同型号的婴儿用儿童座椅分别装载P1.5（1.5岁）假人和Q1.5假人，按照C-NCAP中规定的试验方法，在相同工况条件下分别进行16次正面碰撞试验和16次后面碰撞试验。

3.1 正面碰撞试验中假人头部移动量数据对比

在相同正面碰撞工况下，分别测得同一型号儿童座椅中装载的Q1.5假人和P1.5假人的头部移动量，然后根据头部位移量在建立的直角坐标系中找对应点，以此类推，在直角坐标系中可标出其它所有型号儿童座椅装载Q1.5假人和P1.5假人时头部移动量的对应点。将标出的所有对应点按照EEVC推荐的线性回归（Logistic Regression）计算方法进行计算[6]，就可得到回归曲线LR（以下均采用与此相同的试验方法和计算方法）。图3为6种型号座椅装载假人时头部移动量的对应点。该曲线的斜率K=1.304 5,按统计的方法宏观分析表明，相同工况下Q1.5假人的头部移动量是P1.5假人的1.304 5倍。该斜率主要是由P、Q假人的结构差异造成的，因P假人整体更加柔性，在婴儿座椅后向安装正面碰撞过程中，腿部和手臂摆动更明显，分散了一部分动量，导致躯干和头部移动量偏低，相应地Q假人则整体性较强，导致躯干头部移动量较大。

图3 婴儿组正面碰撞试验中假人头部移动量RL曲线

3.2 正面碰撞试验中假人头部3 ms加速度数据对比

通过对正面碰撞试验后假人头部3 ms加速度数据的统计计算，得到如图4所示的回归曲线，该曲线的斜率K=1.002 2,表明相同工况下Q1.5假人的头部3 ms加速度是P1.5假人的1.002 2倍，基本保持相等。

图4 婴儿组正面碰撞试验中假人头部3 ms加速度RL曲线

3.3 正面碰撞试验中假人颈部Z向张力数据对比

通过对正面碰撞试验后假人颈部Z向张力数据的统计计算，得到如图5所示的回归曲线，该曲线的斜率K=0.585 1，表明相同工况下Q1.5假人的颈部张力是P1.5假人的0.585 1倍。

实际上，P假人并没有颈部载荷传感器，其颈部Z向张力载荷是用头部Z向加速度与头部质量的乘积做替代。在婴儿座椅反向安装情况下，头部加速度是由颈部力和靠背对头部的支撑力及摩擦力的合力生成的，因此利用P假人头部加速度乘以头部质量换算所得的颈部张力包含了摩擦力部分，这导致P假人该数据结果较大。

图5 婴儿组正面碰撞试验中假人颈部张力RL曲线

3.4 正面碰撞试验中假人胸部3 ms加速度数据对比

通过对正面碰撞试验后假人胸部3 ms加速度数据的统计计算，得到如图6所示（7种型号座椅）的回归曲线，该曲线的斜率K=0.861 2,表明相同工况下Q1.5假人的胸部3 ms加速度是P1.5假人的0.861 2倍。与头部移动量分析同理，因P假人身体柔软，碰撞时躯干受到儿童座椅安全带的约束不能运动，而四肢未受到约束，这导致躯干的等效质量较小，胸部3 ms加速度较大。

图6 婴儿组正面碰撞试验中假人胸部3 ms加速度RL曲线

3.5 后面碰撞试验中假人头部移动量数据对比

通过对后面碰撞试验中假人头部移动量数据的统计计算，得到如图7所示（7种型号座椅）的回归曲线，该曲线的斜率K=1.081 9,表明相同工况下Q1.5假人的头部移动量是P1.5假人的1.081 9倍。在婴儿坐椅反向安装情况下，P1.5假人的头部移动量为Z向移动量绝对值，其产生过程为：假人由于惯性向车身后部移动，受到座椅坐垫的支撑后，躯干和头部绕髋关节向车身前部转动，头部不断地升高；同时由于假人的躯干受到座椅安全带的约束，阻止躯干带动头部的转动和升高。由此可知，整个运动过程复杂，影响头部移动量的因素较多。从试验结果可知，P1.5假人和Q1.5假人在后向安装后面碰撞工况下的K值与正面碰撞时的头部移动量的K值相似。

图7 婴儿组后面碰撞试验中假人头部移动量RL曲线

3.6 后面碰撞试验中假人头部3 ms加速度数据对比

通过对后面碰撞试验后假人头部3 ms加速度数据的统计计算，得到如图8所示（7种型号座椅）的回归曲线，该曲线的斜率K=0.772 6,表明相同工况下Q1.5假人的头部3 ms加速度是P1.5假人的0.772 6倍。与正面碰撞不同，在正面碰撞中假人头部受靠背支撑，但在后面碰撞中假人躯干受座椅安全带约束，头部进行鞭甩动作，因此头部加速度受假人差异影响更加明显。

图8 婴儿组后面碰撞试验中假人头部3 ms加速度RL曲线

3.7 后面碰撞试验中假人颈部Z向张力数据对比

通过对后面碰撞试验后假人颈部3 ms加速度数据的统计计算，得到如图9所示（7种型号座椅）的回归曲线，该曲线的斜率K=0.596 1,表明相同工况下Q1.5假人的颈部张力是P1.5假人的0.596 1倍，原因分析与正面碰撞婴儿颈部张力相同。

3.8 后面碰撞试验中假人胸部3 ms加速度数据对比

通过对后面碰撞试验后假人胸部3 ms加速度数据的统计计算，得到如图10所示（6种型号座椅）的回归曲线，该曲线的斜率K=1.129 9,表明相同工况下Q1.5假人的胸部3 ms加速度是P1.5假人的1.129 9倍。

图9 婴儿组后面碰撞试验中假人颈部张力RL曲线

图10 婴儿组后面碰撞试验中假人胸部3 ms加速度RL曲线

4 幼儿用儿童座椅装载P、Q假人在正碰试验中各评价指标的数据对比

将5种不同型号的幼儿用儿童座椅分别装载P3/4（9个月）假人、P3（3岁）假人和Q1（1岁，Q系列假人中没有对应的9个月大假人）假人、Q3（3岁）假人,按照CNCAP《儿童约束系统评价规则》中正面碰撞的试验方法，在相同工况下进行20次正面碰撞试验。

4.1 P3/4假人、Q1假人头部移动量数据对比

通过对正面碰撞试验后假人头部移动量数据的统计计算，得到如图11所示的回归曲线，该曲线的斜率K=0.957 5,表明相同工况下Q1假人的头部移动量是P3/4假人的0.957 5倍。

图11 幼儿组正面碰撞试验中假人头部移动量RL曲线

4.2 P3/4假人、Q1假人头部3 ms加速度数据对比

通过对正面碰撞试验后假人头部3 ms加速度数据的统计计算，得到如图12所示的回归曲线，该曲线的斜率K=0.998 2,表明相同工况下Q1假人的正面碰撞头部3 ms加速度是P3/4假人正碰头部3 ms加速度的0.998 2倍。

图12 幼儿组正面碰撞试验中假人头部3 ms加速度RL曲线

4.3 P3/4、Q1假人颈部Z向张力数据对比

通过对正面碰撞试验后假人颈部Z向张力数据的统计计算，得到如图13所示的回归曲线，该曲线斜率K=1.099 4,表明相同工况下Q1假人的颈部张力是P3/4假人的1.099 4倍。

图13 幼儿组正面碰撞试验中假人颈部张力RL曲线

4.4 P3/4、Q1假人胸部3 ms加速度数据对比

通过对正面碰撞试验后假人胸部3 ms加速度数据的统计计算，得到如图14所示的回归曲线，该曲线的斜率K=0.890 9,表明相同工况下Q1假人的胸部3 ms加速度是P3/4假人的0.890 9倍。

4.5 P3、Q3假人头部移动量数据对比

通过对正面碰撞试验后假人头部移动量数据的统计计算，得到如图15所示的回归曲线，该曲线的斜率K=1.039 7,表明相同工况下Q3假人的头部移动量是P3假人的1.0397倍。

4.6 P3、Q3假人头部3ms加速度数据对比

通过对正面碰撞试验后假人头部3ms加速度数据的统计计算，得到如图16所示的回归曲线，该曲线的斜率K=1.141,表明相同工况下Q3假人的头部3 ms加速度是P3假人的1.141倍。

图14 幼儿组正面碰撞试验中假人胸部3 ms加速度RL曲线

图15 幼儿组正面碰撞试验中假人头部移动量RL曲线

图16 幼儿组正面碰撞试验中假人头部3 ms加速度RL曲线

4.7 P3、Q3假人颈部Z向张力数据对比

通过对正面碰撞试验后假人颈部Z向张力数据的统计计算，得到如图17所示的回归曲线，该曲线的斜率K=1.405 3,表明相同工况下Q3假人的颈部张力是P3假人的1.405 3倍。

4.8 P3、Q3假人胸部3 ms加速度数据对比

通过对正面碰撞试验后假人胸部3 ms加速度数据的统计计算，得到如图18所示的回归曲线，该曲线的斜率K=0.977 4,表明相同工况下Q3假人的胸部3 ms加速度是P3假人的0.977 4倍。

图17 幼儿组正面碰撞试验中假人颈部张力RL曲线

图18 幼儿组正面碰撞试验中假人胸部3 ms加速度RL曲线

4.9 幼儿组试验数据分析

从幼儿组试验数据可知，在相同正撞工况下，P3/4假人与Q1假人在头部移动量、头部3 ms加速度、颈部Z向张力、胸部3 ms加速度方面对应的斜率K在0.89～1.09之间，说明数据整体相近；同样，P3假人与Q3假人在头部移动量、头部3 ms加速度、胸部3 ms加速度方面对应的斜率K在0.97～1.14之间，说明数据整体相近，仅颈部Z向张力对应的斜率K=1.4，数值差异较大，这是由于P3假人头颈部是铰接连接，碰撞过程中头部会绕铰接点转动，而转动后P3假人头部Z向加速度会被分解，其换算的颈部载荷也会随之降低，因此与Q3假人的颈部Z向张力差距较大。Q1假人与P3/4假人的颈部Z向张力对应K值为1.09，没有较大的差异是由于P3/4假人头部质量较小，由惯性力引起的转动较小，因此没有造成明显差异。

5 学童用儿童座椅装载P、Q假人在正面碰撞试验中各评价指标的数据对比分析

将6种不同型号的学童用儿童座椅分别装载P3（3岁）、P6（6岁）、P10（10岁）假人和Q3、Q6、Q10假人,按照C-NCAP《儿童约束系统评价规则》中正面碰撞试验方法，在相同工况条件下进行36次正面碰撞试验。

5.1 P3、Q3假人头部3 ms加速度数据对比

通过对正面碰撞试验后假人头部3 ms加速度数据的统计计算，得到如图19所示的回归曲线，该曲线的斜率K=1.094 3,表明相同工况下Q3假人的头部3 ms加速度是P3假人的1.094 3倍。

图19 学童组正面碰撞试验中假人头部3 ms加速度RL曲线

5.2 P3、Q3假人颈部Z向张力数据对比

通过对正碰试验后假人颈部Z向张力数据的统计计算，得到如图20所示的回归曲线，该曲线的斜率K=1.587 5,表明相同工况下，Q3假人的颈部张力是P3假人的1.587 5倍。

图20 学童组正面碰撞试验中假人颈部张力RL曲线

5.3 P3、Q3假人胸部3 ms加速度数据对比

通过对正碰试验后假人胸部3 ms加速度数据的统计计算，得到如图21所示的回归曲线，该曲线的斜率K=0.887 5,表明相同工况下Q3假人的胸部3 ms加速度是P3假人的0.887 5倍。

图21 学童组正面碰撞试验中假人胸部3 ms加速度RL曲线

5.4 P6、Q6假人头部3 ms加速度数据对比

通过对正面碰撞试验后假人头部3 ms加速度数据的统计计算，得到如图22所示（3种型号座椅）的回归曲线，该曲线的斜率K=0.926,表明相同工况下Q6假人的头部3 ms加速度是P6假人的0.926倍。

图22 学童组正面碰撞试验中假人头部3 ms加速度RL曲线

5.5 P6、Q6假人颈部Z向张力数据对比

通过对正面碰撞试验后假人颈部Z向张力数据的统计计算，得到如图23所示（3种型号座椅）的回归曲线，该曲线的斜率K=1.148 6,表明相同工况下Q6假人的颈部张力是P6假人的1.148 6倍。

图23 学童组正面碰撞试验中假人颈部张力RL曲线

5.6 P6、Q6假人胸部3 ms加速度数据对比

通过对正面碰撞试验后假人胸部3 ms加速度数据的统计计算，得到如图24所示（3种型号座椅）的回归曲线，该曲线的斜率K=0.810 1,表明相同工况下Q6假人的正碰胸部3 ms加速度是P6假人的0.810 1倍。

5.7 P10、Q10假人头部3 ms加速度数据对比

通过对正碰试验后假人头部3 ms加速度数据的统计计算，得到如图25所示的回归曲线，该曲线的斜率K=1.511 8,表明相同工况下Q10假人的头部3 ms加速度是P10假人的1.511 8倍。

5.8 P10、Q10假人颈部Z向张力数据对比

通过对正面碰撞试验后假人颈部Z向张力数据的统计计算，得到如图26所示的回归曲线，该曲线的斜率K=2.694 8,表明相同工况下Q10假人的颈部张力是P10假人的2.694 8倍。

图24 学童组正面碰撞试验中假人胸部3 ms加速度RL曲线

图25 学童组正面碰撞试验中假人头部3 ms加速度RL曲线

图26 学童组正面碰撞试验中假人颈部张力RL曲线

5.9 P10、Q10假人胸部3 ms加速度数据对比

通过对正碰试验后假人胸部3 ms加速度数据的统计计算，得到如图27所示的回归曲线，该曲线的斜率K=0.851 5,表明相同工况下Q10假人的胸部3 ms加速度是P10假人的0.851 5倍。

5.10 学童组试验数据分析

从学童组试验数据可知，学童组中P3、Q3假人各参数对比的K值与幼儿组各参数对比的K值相近，因此可以互相佐证，即Q3假人试验结果与P3假人的试验结果相近，即在正面碰撞试验中可以使用Q3假人替代P3假人。

图27 学童组正面碰撞试验中假人胸部3 ms加速度RL曲线

对于6岁假人，虽然其体型比3岁假人大一些，但其表现出的规律与3岁假人大一些，但Q6假人与P6假人各参数对比的K值与Q3假人与P3假人各参数对比的K值相近，说明在正面碰撞试验中可以使用Q6假人替代P6假人。

对于10岁假人，Q10假人、P10假人的胸部3 ms加速度K值（K=0.8515）与Q3假人、P3假人胸部3ms加速度的K值（K=0.8875）几乎相同，而Q10假的头部3 ms加速度K值（K=1.5118）、颈部Z向张力K值（K=2.6948）与P10假人的差异较大。这表明虽然3岁、6岁、10岁假人体型不同，但是并没有出现随体型增大而K值逐步变化的趋势，只是Q10假人、P10假人某些参数对比的K值（头部3 ms加速度和颈部Z向张力）发生突变。

根据以上对比分析可知，同一工况下（C-NCAP正面碰撞和后面碰撞）Q假人与P假人各评价指标的Q/P换算关系如表1所列。由表1可知，除个别数值（Q10假人与P10假人颈部Z向载荷的K值和头部3 ms加速度的K值）外，其它各评价指标的Q/P换算系数接近于1，即Q假人与P假人的评价数值接近。

表1 Q/P换算系数

6 结束语

本文以儿童Q假人与P假人为研究对象，基于有限元分析的方法，进行C-NCAP儿童约束系统评价规则的碰撞试验，分别选取头部移动量、头部3 ms加速度、颈部Z向载荷、胸部3 ms加速度等参数，采用EEVC线性回归的计算方法对在相同工况下Q假人与P假人的4个参数进行对比分析。结果表明，除个别数值外，其它的各评价指标Q/P换算系数接近于1，该结论可为后续CNCAP及标准GB27887使用Q假人完全替代P假人提供参考。

1 Economic Commission for Europe(ECE).Uniform provi⁃sions concerning the approval of restraining devices for child occupants of power-driven vehicles：Regulation No.44.

2 Economic Commission for Europe(ECE).Uniform provi⁃sions concerning the approval of enhanced child restraint systems used on board of motor vehicles：Regulation No.129.

3 杨斌，赵淑华等.欧洲最新儿童安全座椅标准ECE R129解读.标准科学，2014（q）：79-83.

4 European new car assessment programme.Testing protocol -child occupant protection.Version 7.0 June 2015.

5 Child Safety,EEVC Working Group 18 Report.February 2006.

6 Q-dummies Repor,Advanced Child Dummies and Injury Criteria for Frontal Impact,Working Group 12 and 18 Re⁃port,Document No.514,April 2008.

（责任编辑 文 楫）

修改稿收到日期为2017年1月5日。

Comparison and Analysis of Evaluation Criterion about Children Q Dummy and P Dummy in C-NCAP-CRS Crash Test

Du Beihua1,Lou Lei2,Wang Mingxing3
（1.Changchun Faway Adient Automotive Systems Co.,Ltd,Changchun 130033;2.China Automotive Technology and Research Center,Tianjin 300300）

Child dummy is a very important test device of Child Restraint System(CRS)test,the latest development of Q-series child dummy has good repeatability,stability and biological fidelity,with high injury evaluation capability, which can be used in front,rear and side impact,Q-series is the most advanced child dummy so far.According to the prevailing China Standard GB27887—2011 and C-NCAP,P-series dummies are used in crash test.In order to substitute P-dummy with Q-dummy completely,evaluation criterion of Q-dummy and P-dummy in C-NCAP-CRS collision test were compared and analyzed,to obtain the conversion relation of evaluation criterion between Q-dummy and P-dummy,which provides theoretical basis to substitute P-dummy with Q-dummy.

Child dummy,Crash test,Evaluation criterion,C-NCAP-CRS

儿童假人 碰撞试验 评价指标 C-NCAP-CRS

U463.99

A

1000-3703（2017）07-0025-08