正碰和偏置试验中的Q3损伤对比研究

刘磊　何成　谢军　张斌

摘 要：针对目前儿童乘员保护不足的问题，本文在某款C级轿车上采用50km/h的正面100%重叠刚性壁障碰撞试验（简称正碰试验）和64km/h的正面40%重叠可变形壁障偏置碰撞试验（简称偏置试验）对比分析Q3儿童的损伤情况。依据C-NCAP 2021版评价规程对2个试验工况中Q3儿童进行评价。2种工况，儿童假人体现的损伤情况均严重。正碰试验中头部、颈部和胸部压缩量的损伤值更大。对胸部累积3ms合成加速度而言，偏置试验得分很低，损伤更大。目前，5点式儿童安全带起不到很好的缓冲吸能的保护效果。车辆开发商可以设计能更好保护儿童乘员的约束系统。

关键词：儿童损伤 Q3儿童 正碰试验 偏置试验

Comparative study of Q3 injury in frontal impact test and offset test

Liu Lei He Cheng Xie Jun Zhang Bin

Abstract：This paper analyzes the injury situation of Q3 child by using 50 km/h frontal 100% overlap rigid barrier impact test （referred to as frontal impact test） and 64 km/h frontal 40% overlap deformable barrier offset test （referred to as offset test） on a C-class car in order to solve the problem of insufficient protection for children. The injury of Q3 child in two test conditions were evaluated according to C-NCAP 2021 assessment procedure. Under the two working conditions， the injury of child dummy is serious. In the frontal impact test， the head， neck and chest compression have greater damage values. For the cumulative 3 ms resultant acceleration of the chest， the offset test score is very low and the injury is greater. At present， the 5-point child safety belt can not play a good buffer energy absorption protection effect. Vehicle developers can design restraint systems that better protect child occupants.

Key words：child injury， Q3 child， front impact test， offset test

1 前言

世界卫生组织2018年报告指出，道路交通死亡人数继续攀升，每年死亡135万人。报告中强调，道路交通伤害如今成为全球5 至14岁儿童“第一大杀手”。在我国，交通事故伤害同样是1-14岁未成年人伤亡的重要死因之一。资料显示，我国每年有超过1.85万名儿童死于交通事故，死亡率是欧洲的2.5倍，美国的2.6倍。[1]

为解决碰撞过程中汽车儿童乘员安全性问题，欧盟、美国和日本等地区和国家针对本国交通事故情况制定了相应的标准和法规，如欧盟的ECE R129和EURO-NCAP;美国的FMVSS 213[2-6]。在很长一段时间里，我国没有针对儿童乘员的汽车碰撞安全法规。中国新车评价规程（C-NCAP）2018版在正面100%重叠刚性壁障碰撞试验中后排右侧放置一个Q3儿童，但不评价儿童的损伤。在C-NCAP 2021版中，增加了儿童的评价，弥补了儿童乘员保护的空白。基于此，本文开展了Q3儿童假人在50km/h的正碰试验和64km/h的偏置试验中的对比研究分析，得出Q3儿童假人在2种正碰碰撞工况下的损伤情况。

2 儿童假人评价的现状

ECE R129评价Q3兒童假人的头部和胸部，头部HPC和累积3ms合成加速度分别为800和80g，胸部累积3ms合成加速度为55g。

2018年2月颁布的ASEAN-NCAP儿童评价中，在偏置试验中对Q3儿童假人的头部、颈部和胸部进行评价。

当头部发生二次接触时，头部的评价指标为累积3ms合成加速度，其高性能限制和低性能限制分别为87g和100g。在碰撞过程中，如果头部不与儿童约束系统接触，则头部不扣分。

颈部评价指标为颈部张力Fz，其高性能限制和低性能限制分别为1700N和2620N。

胸部评价指标为累积3ms合成加速度，其高性能限制和低性能限制分别为50g和66g。

C-NCAP 2021版2020年8月发布，2022年1月1日实施。在正碰试验中对Q3儿童假人的头部、颈部和胸部进行评价。[7]

当头部发生二次接触时，头部的评价指标为累积3ms合成加速度和HIC15。当头部未发生二次接触时，只评价累积3ms合成加速度。累积3ms合成加速度的高性能限制和低性能限制分别为60g和80g。HIC15的高性能限制和低性能限制分别为500和700。

颈部评价指标为颈部张力Fz，其高性能限制和低性能限制分别为1555N和2840N。

胸部评价指标为累积3ms合成加速度，其高性能限制和低性能限制分别为41g和55g。

以上2种评价指标，对头部和胸部而言，C-NCAP比ASEAN-NCAP更加严苛。对颈部而言，C-NCAP的高性能指标更加严苛，低性能指标相对宽松。

3 试验方法

本文采用50km/h的正面100%重叠刚性壁障碰撞试验（简称正碰试验）和64km/h的正面40%重叠可变形壁障偏置碰撞试验（简称偏置试验）。2次试验用同一款C级轿车进行试验，采用相同的试验配置。前排座椅调节至50百分位乘员的设计位置，并各放置一个HIII 50百分位男性假人。Q3儿童假人放置在前向儿童座椅，上手臂紧贴上躯干，并平行于前胸骨，手掌紧贴大腿和坐垫。对正碰试验，儿童乘员安装于乘员侧后排座椅;对偏置试验，儿童乘员安装于驾驶员侧后排座椅。儿童座椅通过ISOFIX和上拉带与车辆连接。调整儿童安全带时，给拉带施加250±25N的力。安装儿童座椅时，给上拉带施加50±5N的力。

Q3假人采集头部、颈部和胸部的伤害数据，具体的通道配置如表1。

4 试验数据分析

依次分析2次试验的Q3假人头部、颈部和胸部的伤害值数据。从采集的视频数据来看，Q3假人均没有与车辆内饰发生二次碰撞。

4.1 假人头部伤害值分析

Q3假人头部合成加速度曲线如图1。由图可知，正碰试验和偏置试验的合成加速度的最大值分别为109.11g，82.58g。经计算得到正碰试验和偏置试验的累积3ms合成加速度分别为87.03g，75.82g。

按照C-NCAP 2021版的规定进行评价，正碰试验的累积3ms合成加速度为87.03g，超过低性能值，头部得分为0分。偏置试验的累积3ms合成加速度为75.82g，头部得分0.418分（满分2分），得分率20.9%。在2种类型的试验中，正碰试验中，Q3假人的头部更加容易受到伤害。

经计算得到正碰试验和偏置试验的HIC15分别为869，631。因为Q3假人头部均没有与车辆内饰发生二次碰撞，所以不对HIC15进行评价。

4.2 假人颈部伤害值分析

Q3假人颈部Z方向上受到的力如图2所示。由图可知，正碰试验和偏置试验中，Q3假人颈部Z方向受力的最大值分别为2.87KN，最小值为2.54KN。

按照C-NCAP 2021版的规定进行评价，正碰试验的颈部Z方向上受到的力的最大值为2.87KN，超过低性能值，颈部得分为0分。偏置试验的颈部Z方向上受到的力的最大值为2.54KN，颈部得分0.233分（满分1分），得分率为23.3%。在2种类型的试验中，正碰试验中，Q3假人的颈部更加容易受到伤害。

4.3 假人胸部伤害值分析

Q3假人胸部合成加速度曲线如图3。由图可知，正碰试验和偏置试验的合成加速度的最大值分别为66.62g，53.85g。经计算得到正碰試验和偏置试验的累积3ms合成加速度分别为47.63g，53.35g。

按照C-NCAP 2021版中的规定进行评价，正碰试验的累积3ms合成加速度为47.63g，胸部得分为0.526分，得分率为52.6%。偏置试验的累积3ms合成加速度为53.35g，胸部得分0.118分（满分1分），得分率为11.8%。在2种类型的试验中，正碰试验合成加速度的峰值大于偏置试验，但偏置试验峰值的脉宽更宽，故累积3ms合成加速度更大。就此指标而言，偏置试验中，Q3假人的胸部更加容易受到伤害。

Q3假人胸部X方向上压缩量如图4所示。由图可知，正碰试验和偏置试验Q3假人胸部X方向压缩量分别为30.70mm，最小值为23.43mm。

C-NCAP 2021版对Q3儿童假人的胸部压缩量没有评价。C-NCAP 2021版正碰试验中，女性胸部压缩量的高性能值和低性能值分别为18mm，42mm。若依据女性的评价指标对Q3进行评价，则正碰试验Q3儿童得0.471分，偏置试验得0.774分。就此指标而言，正碰试验中，Q3假人的胸部更加容易受到伤害。

偏置试验中，车辆先与蜂窝铝接触。蜂窝铝产生压溃变形。蜂窝铝变形结束后，车辆前端主体变形吸能部件才开始压溃变形。相比于正碰试验，偏置试验有蜂窝铝变形吸能的过程。所以偏置试验中的Q3假人的曲线比正碰试验在时间上有一个滞后。各个部位的曲线形状趋势相似，偏置试验的曲线比正碰试验的曲线滞后大约20ms。

在2种工况的试验中，Q3儿童假人的损伤情况都比较严重。除了正碰试验胸部累计3ms合成加速度得分率为为52.6%，其它指标都低于50%，甚至几近于0分。对头部和颈部而言，正碰试验比偏置试验的危害更大。Q3儿童假人的损伤情况都比较严重的原因，车身加速度通过ISOFIX直接传递给儿童座椅，而Q3儿童假人只能依靠5点式儿童安全带对乘员进行缓冲和吸能，但安全带不具备限力等级。针对这样的情况，为了提升儿童乘员的保护，车辆开发商可以设计能更好保护儿童乘员的约束系统。

5 结论

本文采用50km/h的正碰试验和64km/h的偏置试验2种工况在同一款C级轿车上对比研究分析了Q3儿童假人的损伤情况，并提了改进的建议。

对Q3儿童头部、颈部和胸部压缩量而言，正碰试验对儿童的损伤更大，且有2个指标得0分。对胸部累积3ms合成加速度而言，偏置试验得分很低，损伤更大。

目前，车辆对儿童乘员保护不足的主要原因是车辆加速度直接通过ISOFIX传递给儿童，而5点式儿童安全带起不到很好的缓冲吸能的保护效果。车辆开发商可以设计能更好保护儿童乘员的约束系统。

参考文献：

[1]中国儿童因交通事故死亡率全球最高！https：//www.sohu.com/a/337655153_372566.

[2]程胜华.内置式儿童安全座椅多碰撞工况安全性研究[D].长沙：湖南大学机械与运载工程学院，2014，1-4.

[3]张君媛，毕莹，周剑等.面向欧洲新车评价的汽车正面碰撞儿童座椅参数设计[J].中国机械工程，2009（21）：983-987.

[4]郭庆祥，王楠，董传林等.正面碰撞中座椅对儿童伤害的影响研究[J].公路与汽运，2016（1）：11-13.

[5]Yong Han， Di Pan， Jun Ouyang， Lei Qian， Koji Mizuno & Anguo Cang. Study of Chest Injuries to 3YO Child Occupants Seated in Impact Shield and 5-point Harness CRSs[J]. Traffic Injury Prevention， http：//www.tandfonline.com/loi/gcpi20.

[6]何成，孙孟阳，王天华，谢军. 实车侧面碰撞碰撞侧Q1.5的损伤研究[J]. 时代汽车，2020（12）：189-192.

[7]中国新车评价规程.中国汽车技术研究中心.