不同座椅安装方向下Q3损伤研究

刘灿灿　王友俊　仲衍慧　何成　李春

摘 要：针对目前儿童保护不足的问题，本文分析了10款轿车在50km/h的正面100%重叠刚性壁障碰撞试验中Q3儿童假人的损伤情况，同时比较了儿童座椅在前向安装以及后向安装下儿童的损伤情况，依据C-NCAP（2021）中的评价项对儿童假人的头部、颈部、胸部进行分析。结果表明，在儿童座椅后向安装的情况下，儿童头部、颈部、胸部的损伤值远小于前向安装时的值，即后向安装的儿童座椅在正面碰撞的交通事故中对儿童起到了更好的保护效果。

关键词：儿童损伤 Q3儿童 儿童座椅

1 前言

近年来，随着我国综合国力和经济的飞速发展，人民的生活水平有很大提高，机动车保有量也逐年增加。而随着机动车数量的增加，道路交通问题也愈发明显。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5-14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[1]。

为解决碰撞中儿童乘员安全性问题，降低儿童乘员在汽车碰撞事故中受伤的概率，各国制定了相应的安全标准和安全法规。目前，关于儿童乘车安全的标准法规主要有两大体系：美国法规体系和欧洲法规体系[2]。C-NCAP（2021）在2020年8月发布，2022年1月1日实施。其在100%正面碰撞试验中对Q3儿童假人进行了评价，主要评价其头部、颈部和胸部。

对于儿童座椅的安装，在正面碰撞试验中，大部分都采用了前向安装方式，而C-NCAP（2021）对Q3儿童假人座椅安装方式的规定为：在满足车辆要求的情况下，企业可选择使用后向安装的儿童约束系统用于正面碰撞试验，并且Q3假人后向安装[3]。

前向与后向安装的儿童约束系统对Q3儿童假人的保护效果如何，如何更好的保护儿童乘员，是我们急需解决的问题，因此，对儿童假人的损伤研究显得很有必要。

2 儿童假人损伤分析

C-NCAP（2021）100%正面碰撞试验中对Q3儿童假人进行了评价，其評价项包含头部，颈部和胸部。头部评价指标为：头部在向前移动过程中未发生二次碰撞，则只评价头部累积3ms合成加速度;若发生了二次碰撞时，评价头部伤害指数（HIC15）和头部累积3ms合成加速度。其评价指标如表1所示。

颈部得分通过测量假人颈部张力Fz指标而产生。假人颈部张力Fz指标的高性能限值为1.555KN，低性能限值为2.84KN。

胸部得分通过测量假人胸部累积3ms合成加速度指标而产生。假人胸部累积3ms合成加速度指标的高性能限值为41g，低性能限值为55g。

根据C-NCAP中对Q3儿童假人的评价指标，本文对10款轿车中儿童座椅前向安装的Q3假人的损伤进行了分析。

2.1 头部损伤研究

儿童身体比例方面，婴儿头部约占身体总长度的1/4，总重的1/3，成人头部只占身体总长1/8，重量只占总重的6%，而3岁儿童的头部约占整个身体重量的18%[4]。

10款轿车的正碰试验中，假人头部累积3ms合成加速度以及头部伤害指数HIC15的值如下图1、2所示。

从图中可以看出，头部累积3ms合成加速度的值分布在50g-100g之间，最小值在50g左右，最大值约为100g，60g以上有8款车，80g以上的有三款车。按照C-NCAP（2021）中的评价指标，即有8款车头部会扣分，有三款车头部为0分。

HIC15的值分布在200-1200之间，500以上的有7款车，700以上的有3款车。

由此可见，Q3儿童假人头部扣分的情况比较严重，儿童头部损伤情况也比较严重。

2.2 颈部损伤研究

在交通事故导致的儿童损伤中，颈部损伤是导致儿童乘员病痛甚至死亡的一种重要形式[5]。10款车的儿童假人颈部张力Fz如下图3所示。

儿童颈部张力Fz的值主要分布在2KN-3.2KN之间。10款车的颈部伤害均在1.555KN以上，2.84KN以上的有1款车。按照C-NCAP（2021）中的评价指标，即10款车的颈部均出现扣分情况，1款车颈部得分为0。

2.3 胸部损伤研究

儿童的肋骨较软及腔内组织器官仍未完全发育等原因，使得胸部在汽车碰撞事故中属于损伤多发部位，这些损伤严重时甚至足以致命[6]。

Q3儿童胸部损伤主要研究其累积3ms合成加速度，10款车的儿童胸部3ms合成加速度如下图4所示。

从图中可以看出，胸部3ms合成加速度的值主要分布在35g-52g之间。结合C-NCAP（2021）中的评价指标，超过41g的有8款车，10款车的损伤值均在55g以下。

2.4 Q3儿童损伤分析

通过对Q3儿童头部、颈部和胸部的损伤分析，依据C-NCAP（2021）中的评价指标，可以看出，在儿童座椅正向安装的情况下，儿童损伤情况不是很乐观，各部位得满分情况微乎其微，由此可见，对儿童的保护刻不容缓。

3 儿童座椅不同安装方向下的儿童损伤

按照C-NCAP（2021）中的要求，儿童座椅在满足要求的情况下可以后向安装，后向安装和前向安装对儿童的保护效果如何，本文对某款轿车两种安装方式下Q3儿童假人的损伤进行了分析。

3.1 头部损伤分析

对两种安装方式下的Q3儿童假人的头部进行了损伤分析，其头部合成加速度曲线如下图5所示。

从图中可以看出，座椅前向安装时，其头部合成加速度可达到100g左右，而后向安装时，其头部加速度只有40g左右，座椅后向时，头部加速度峰值明显减小，且加速度变化趋势更加平滑，从而有效缓解了脑组织相对于头骨的运动，降低了事故中发生脑震荡的风险。同时可以看出，儿童座椅前向安装时，儿童头部有发生二次碰撞的风险。说明在后向安装的情况下，可以更好的保护头部。

3.2 颈部损伤分析

对两种安装方式下的Q3儿童的颈部进行了对比分析，主要分析其考评项，即颈部Fz，其颈部损伤如下图6所示。

从图中可以看出，座椅前向安装时，其颈部Fz峰值可达3KN;后向安装时，颈部Fz峰值小于1KN，颈部损伤明显减小。同时，头部发生二次碰撞时，颈部也会受到相应的影响。交通事故中颈椎的损伤可能会造成对颈椎内部神经系统的无法恢复的伤害。后向安装对于保护颈部的效果更好。

3.3 胸部损伤分析

对两种安装方式下的Q3儿童假人的胸部进行了损伤分析，主要分析其胸部合成加速度和胸部位移量，其胸部合成加速度和胸部位移量的曲线如下图7和8所示。

从图中可以看出，座椅前向安装的情况下，胸部合成加速度峰值可达60g左右，后向安装时，峰值可达40g左右;并且在速度增加和减少的变化过程中的瞬时变化量更低，即变化趋势更加平缓，并在峰值附近区间呈现平滑变化趋势。胸部位移量在座椅前向安装的情况下，可达30mm以上，而后向安装时，峰值只有不到10mm，后向安装明显降低了事故中兒童胸腔的压溃范围，更好的起到了对胸腔内重要器官的保护效果，并且降低了由于肋骨断裂刺入内脏的风险。根据上述胸部伤害值数据说明在后向安装的情况下，对胸部的保护效果更好。

3.4 不同座椅安装方向下儿童损伤分析

通过对两种座椅安装方向下儿童损伤的对比分析，可以看出，后向安装的儿童座椅对儿童的保护效果更好。根据C-NCAP（2021）中对儿童损伤的评价指标，可以看出，座椅前向安装的情况下，头部、颈部、胸部的峰值均超出C-NCAP中要求的最高限值;而后向安装的情况下，头部、颈部、胸部的峰值均未超出C-NCAP中要求的最低限值，可见，儿童座椅的后向安装对儿童起到了很好的保护作用。

4 结论

通过对Q3儿童假人的损伤进行分析，可以看出，儿童安全座椅正向安装时，儿童假人的损伤情况不容乐观，按照C-NCAP（2021）的评价指标，各部位均有失分的情况。

儿童座椅后向安装时，和前向安装的情况相比，各部位的损伤值大幅度减小，儿童各部位得到了很好的保护。可见，在车辆情况允许的情况下，后向安装儿童座椅可以使各汽车厂家在C-NCAP（2021）中得到更高的分数，同时可以在交通事故中减小儿童的损伤，对儿童起到很好的保护作用。

参考文献：

[1]刘磊，何成，谢军，张斌.正碰和偏置试验中的Q3损伤对比研究[J].时代汽车，2021（04）：178-179+182.何成.

[2]李春，何成，闫肃军，杨春忠.基于实车正面碰撞试验的Q3假人伤害研究[J].车辆与动力技术，2020（02）：59-64.

[3]中国新车评价规程.中国汽车技术研究中心.

[4]刘娜. 中国3岁儿童乘员正面碰撞损伤防护分析[D].厦门理工学院，2016.

[5]封笑丹. 三岁儿童乘员颈部碰撞损伤机理研究[D].天津科技大学，2019.

[6]梁云飞. 三岁儿童乘员胸部有限元模型的构建及损伤分析[D].天津科技大学，2016.