基于ECE R44设备实现ECE R129侧向撞击能力的研究*

蔡步健，郑昌龙，张俊杰，黄建峰，曾令松，苍安国

（广东出入境检验检疫局检验检疫技术中心，广东广州 510000）

1 侧向碰撞背景

针对儿童乘员在车辆碰撞事故中的损伤保护，国外早在20世纪中期就开始了相关的研究，并取得了一定的进展。瑞典研究人员发现在侧面碰撞事故中，使用后向式儿童约束系统的儿童乘员均没有受到中重度(AIS2+)的头部损伤，而只使用前向式增高座椅或汽车安全带的儿童则遭受了中重度(AIS2+)的损伤。美国公路交通安全管理局交通事故数据库公布的数据指出：靠近碰撞侧的儿童乘员遭受AIS2+以上损伤的风险要比远离碰撞侧的儿童乘员高，直接与车辆内饰接触导致受伤的比例占45%；由于与儿童约束系统接触导致受伤的比例占14.4%。同时，在身体各部位的损伤中，头部损伤占57%、躯干损伤占21%、颈部和四肢的损伤占6%、9%。根据加拿大统计的侧面碰撞交通事故的相关资料可知：最危险的位置是发生碰撞的一侧，在车辆发生侧面碰撞时，受到撞击的车门由于变形所产生的直接载荷，大大提高了坐在发生碰撞一侧的儿童受到严重伤害的风险；根据我国公安部交通管理局的统计数据表明，2009年我国发生的交通事故中，正面碰撞事故所占的比例为25.42%，追尾碰撞事故占10.50%，而侧面碰撞事故达37.29%，所导致的财产损失比例高达24.39%。在正碰、侧碰、追尾、翻滚等碰撞形式中，汽车侧面碰撞事故约占事故总数的30%，仅次于正面碰撞。而在造成伤亡的事故中，侧碰事故约占35%；国际交通安全机构的统计数据表明，每10位死于交通事故的人中至少有1名是儿童；侧面碰撞可导致儿童乘员的头部、颈部、胸部严重损伤，坐在靠近碰撞侧位置的儿童与远离碰撞侧位置的儿童相比，有更高的伤亡风险。因此，侧面碰撞交通事故所造成的经济损失和社会问题是不容忽视的，当儿童乘车时一旦发生侧面碰撞交通事故，儿童收到的伤害程度不逊于正面碰撞。

目前许多发达国家都已实施了儿童约束系统碰撞试验方法的相关法规，如美国的FM⁃VSS213、澳大利亚的AS.3629、日本的JISD0401、欧洲的ECE R44、丹麦的DS2190、加拿大的CMVSS208、我国的GB27887等。在现有的技术法规中，大多数只对正面碰撞和后面碰撞工况进行了说明，而针对儿童侧面碰撞有明确要求的法规只有美国的FMVSS213法规和欧洲最新的ECE R129法规。相比于欧洲现行的ECE R44法规，ECE R129最显著就是新增加了侧面碰撞防护要求，而在侧面碰撞要求中重点参数指标是头部伤害指数HPC：

式中：T0为碰撞开始时刻(s)；

TE为碰撞结束时刻(s)；

t1、t2_HIC为达到峰值的时间段，该段时间的开始时刻和结束时刻(s)；

R(t)_TO为到TE时间段内的头部质心合成线性加速度(g)。

在1986年的FMVSS标准当中，定义用于计算HIC数值的时间间隔为36 ms，而现在这个时间间隔已被调整为15 ms。

由于侧面碰撞隐藏的风险如此之大，在我国尽快建立儿童约束系统侧面碰撞评估能力，推进完善侧面碰撞事故保护体制的形势就显得格外迫在眉睫。为此本文主要研究方向是在具备ECE R44技术能力基础上的设备，通过技术改造，使之同时具备ECE R129侧面碰撞能力。

2 侧向碰撞试验台车

ECE R129法规对比与ECE R44在碰撞台车的座椅上提出了全新的要求，其中变化比较大的是座椅靠背倾斜角度由ECE R44的20°变成ECE R129的25°，座椅的坐垫部分也由ECE R44的长方形形状裁剪成ECE R129的“凸”字形形状，坐垫海面厚度由140 mm变成130 mm，见图1～图3。

图1 ECE R44台车座椅尺寸

图2 ECE R129台车座椅尺寸

由于现有设备是减速型碰撞装置，所有碰撞测试的载体是轨道上的滑车，滑车上布满规律分布的M22螺孔，方便组装不同的座椅设备；根据ECE R129提供的侧转台车座椅尺寸，经过绘图、进过加工改造完成侧向碰撞用座椅，并能顺利安装固定于设备滑车上。

3 侧向碰撞门

ECE R129侧向碰撞试验其中一个必不可少的硬件设备就是侧向碰撞门。侧向碰撞门是在碰撞中给儿童约束系统施加侧向载荷的装置，门板表面覆盖有缓冲材料。侧向碰撞门具体尺寸在ECE R129有明确规定，根据给出尺寸加工便可得到（见图4）。

侧向碰撞门应与试验标准座椅形成一定的相对速度，并且最大侵入量是（250±50）mm；侧撞门与试验标准座椅间的相对速度不会因侧撞门与儿童座椅的接触而受到影响。由于现有设备改造采用的是T0时刻门板静止的方式，所以侧撞门固定在撞击墙上；对于现有设备是PU管减速装置，考虑到撞击矛深度、侧撞门T0位置及PU管长度等因素，对侧撞门向外延伸1.2 m，见图5。

图3 侧向碰撞门尺寸

图4 侧向碰撞门完成图

图5 侧向碰撞门

ECE R129对侧向碰撞T0时刻有明确要求，碰撞发生瞬间T0时侧向碰撞门停留在台车座椅中心线350 mm处，经过调整如图6所示。

4 侧向碰撞速度变化曲线的实现

完成ECE R129侧面碰撞试验必须要满足侧面碰撞的速度曲线要求，由于现有设备是减速型碰撞装置，只能改造成T0时刻门板静止的方式，根据法规要求T0时刻假人相对地面的速度为6.375 m/s～7.25 m/s，而且这个相对速度不能受儿童约束系统接触的影响。试验速度曲线在规定时间内保持在规定的区间内。试验中，在T0时刻侧面冲击门是静止的，假人的地面速度应该在6.375 m/s和7.25 m/s之间。门从T0时刻开始移动，门的地面速度保持在如图规定的区间内直到移动到规定的最大行程，在T0时刻假人是静止的。试验过程中，作动行程在距座椅几何中心350～100 mm之间。

图6 侧向碰撞门T0位置

图7 侧向碰撞速度曲线

法规ECE R129没有规定给滑车减速用的介质材料，考虑到试验稳定性，材料重复利用性，成本及易操作性等因素，一种一次性投入、性能稳定、对环境温湿度依赖度不高的材料是首选。参考目前累积的ECE R44及GB27887的大量前向和后向碰撞试验数据，通过比较得出ECE R44后向撞击时的速度曲线与ECE R129要求的曲线形状特征相类似，故选用ECE R44后向碰撞用的PU管进行尝试ECE R129的侧向碰撞，观察速度曲线变化，看是否可行。

图8 后向碰撞减速PU管

通过分析后向碰撞速度曲线得出，碰撞发生瞬间速度偏高，速度衰减较快，但速度整体变化与侧向碰撞要求是相似的；考虑到减速用的橄榄头直径会对速度影响较大及台车总重量对速度的影响等因素，继续用后3根向碰撞的PU减速管（整体直径58 mm，前端孔径46 mm，后端孔径30 mm，长380 mm），台车总重量控制在685 kg，橄榄头直径47.5 mm、47.25 mm、47.5 mm，再次进行尝试性试验，得到速度变化曲线如图9（a）所示。

图9 侧面碰撞速度曲线

从图9（a）可以看出，经过调整台车总重量、橄榄头直径后，得到的速度曲线已经基本符合ECE R129侧面碰撞的要求，只是在30～70 ms这段时间内速度衰弱得比较快，已经接近速度下限。所以重新考虑将橄榄头缩小成直径47 mm、47.25 mm、47 mm，而且将碰撞速度再提高0.15 m/s，再次尝试碰撞后得到速度曲线如图11所示。从图9（b）中看出，经过再次调整参数后的侧面碰撞速度曲线完全符合法规要求，再测量碰撞侵入量是240 mm（法规要求是250 mm±50 mm），也完全符合法规要求。

至此在ECE R44设备基础上进行ECE R129改造已基本实现，为了减少侧面碰撞受环境（特别温湿度）的影响，同时为确保满足不同重量的儿童约束系统，对改造后的设备进行多次多参数修正碰撞验证，验证的参数如表1所示。

表1 不同参数约束系统验证参数

通过验证试验得出，ECE R44设备经过改造后已经完全具体ECE R129侧面碰撞的能力，而且在不同质量儿童约束系统，可控范围内温湿度的变化情况下，只要通过调节橄榄头直径都能满足侧面碰撞的要求，并且适用PU管座椅减速装置，其稳定性、重复利用率、易操作性都极大满足日常高强度碰撞试验的需要，此次改造成果完全可以在日后试验中得到充分运用。

5 结束语

当前ECE R44批准的儿童约束系统不会马上被代替且持续有效，但预计到2020年ECE R129将全面取代现行的ECE R44而成为世界上通用的儿童约束系统法规。由此背景推动，全球范围内的儿童约束系统制造商都纷纷加大力度开发符合新法规的产品，达到抢占市场的目的，为满足日益增加的测试需求，在国内建立具备ECE R129侧面碰撞的测试能力已呈势在必行之势。本文介绍了在ECE R44设备上改造使其具备ECE R129侧面碰撞能力的相关过程，当中对测试影响较大的减速装置选用了重复利用率高、性能稳定的PU管，并且能通过调整橄榄头直径、台车总重量等来适应不同重量儿童约束系统的测试需求，大大提高了设备利用率，减少了设备购置成本，也拓宽了测试领域范围。通过本文的介绍也希望能给儿童约束系统制造商及相关实验室提高参考，用以改善产品质量、缩短研发周期、提升测试水平等，也希望国内儿童约束系统制造水平和测试水平能与发达国家齐头并进。

参考文献：

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