混III 5百分位女性假人胸部标定方法探究

李志，段丙旭，何成，孟凡超

混III 5百分位女性假人胸部标定方法探究

李志，段丙旭，何成，孟凡超

（中汽研汽车检验中心（天津）有限公司，天津 300300）

针对混III 5百分位女性假人，目前的胸部标定方法中指定的胸部压缩量区间不在大部分试验样本所处的区间。针对实车碰撞试验数据进行统计，胸部压缩量为20～30 mm的样本共占63%，其中中位压缩量为27.1 mm。利用改进的更接近于安全带的冲击块对混III 5百分位女性假人进行标定试验，得到冲击速度为3.47～4.18 m/s区间内，胸部压缩量为23.53～29.98 mm，选择此区间能够更加真实反映碰撞工况中假人的响应。

5百分位；胸部标定；胸部压缩量；冲击块

在中国新车评价规程（China New Car Assessment Programme，C-NCAP）2012版中，首次将混III 5百分位女性假人引入到正面碰撞试验中，将假人放置于车辆第二排座椅左侧，进行量化分析[1]。C-NCAP 2012版和C-NCAP 2015版中，正面碰撞和偏置碰撞的总分最高均为18分，后排得分最高为2分，其中女性胸部变形压缩量为1分。C-NCAP 2018版中，正面碰撞和偏置碰撞最高得分均为20分，后排的分最高为4分，后排分值比率提高了1倍，因此作为后排女性得分中占比最高，也是最容易失分的胸部变形压缩量，显得尤为重要。

目前C-NCAP 2018版中，对于混III 5百分位女性假人的标定方法是使用半径为12.7±0.3 mm的圆柱形冲击摆锤对假人胸部特定部位进行冲击。而对乘员起到有效保护作用的安全带则是长条形的，因此圆柱形冲击摆锤对假人的标定与碰撞试验中安全带勒住假人的情形存在很大的差异。在C-NCAP 2018版中，增加了低速标定方法，采用3.0 m/s的速度冲击垂直坐姿假人胸部肋骨指点位置，对应的胸部变形量在17.4～21.8 mm之间，这个变形量区间是否对应了目前车辆状况下实际碰撞过程中的变形区间还未可知。因此本文主要针对标定摆锤形状和速度对混III 5百分位女性假人胸部标定进行探讨。

1 混III 5百分位女性假人胸部标定方法

C-NCAP 2018版规程中规定，混III 5百分位女性假人标定程序按照CFR 572中的0部分规定及SAE J2878规定。

CFR 572中的0部分规程为高速标定方法，规程规定摆锤质量为（13.97±0.023）kg，摆锤冲击面的直径为（152.4 ± 0.25）mm，标定过程中环境温度应为20.6～22.2 ℃，环境湿度应为10%～70%。假人与摆锤具体摆放位置如图1所示。混III 5百分位女性假人高速标定指标如表1所示。SAE J2878规程为低速标定方法，规程中规定，摆锤质量为（13.97±0.023）kg，摆锤冲击面的直径为（152.4±0.25）mm，标定过程中环境温度应为20.6～22.2 ℃，环境湿度应为10%～70%。

图1 假人与摆锤摆放位置

表1 混III 5百分位女性假人高速标定指标

标定参数指标下限指标上限 摆锤冲击速度/（m/s）6.596.83 环境温度/℃20.622.2 环境湿度/（%）1070 摆锤撞击力/kN3.94.4 胸部压缩量/mm5058 滞后率/（%）6985

假人与摆锤具体摆放位置与高速标定方法相同，如图1所示。混III 5百分位女性假人低速标定指标如表2所示。

表2 混III 5百分位女性假人低速标定指标

标定参数指标下限指标上限 摆锤冲击速度/（m/s）2.953.05 环境温度/℃20.622.2 环境湿度/（%）1070 摆锤撞击力/kN1.782.07 胸部压缩量/mm17.421.8 滞后率/（%）6572

2 混III 5百分位女性假人胸部标定方法研究

2.1 安全带佩带位置

随着近些年各大主机厂对于车辆安全性越来越重视，在实车碰撞试验中，供应商对于车辆约束系统的匹配做得越来越完善，其中安全带的佩戴位置也越来越趋近于统一化。

通过马伟杰等人的研究可知[1]，随着安全带佩带角度的增大，冲击力呈现增大的趋势。通过对几款A级车、B级车、C级车、紧凑型SUV、全尺寸SUV，分别进行实车状态下安全带佩戴位置测量发现，一方面的原因是女性胸部乳房的约束；另一方面由于安全带拉带位置的约束，大部分安全带的上边缘都比较靠近假人肩部旋转调节螺丝孔。

本次标定试验中，摆锤中心选择与现行C-NCAP标定程序中的要求相同，摆锤冲击块角度选择21°。此角度下摆锤冲击块的上边缘比较靠近假人肩部旋转调节螺丝孔。

2.2 标定胸部压缩量区间选择

本文针对2019年进行的113次C-NCAP 2018版全宽正面碰撞和正面40%偏置碰撞摸底试验中的混III 5百分位女性假人胸部压缩量进行统计，结果如图2所示。

图2 胸部压缩量分布

样本中最小胸部压缩量为17.16 mm，最大胸部压缩量为49.01 mm，胸部压缩量为20～25 mm的样本占比33%，胸部压缩量为25～30 mm的样本占比30%，胸部压缩量为20～30 mm的样本共占比63%。因此，在胸部标定程序中更应该关注胸部压缩量为20～30 mm的区间。CFR 572中的0部分规程规定的高速标定方法中，胸部压缩量区间为50～58 mm，SAE J2878规程规定的低速标定方法中，胸部压缩量区间为17.4～21.8 mm，均不在20～30 mm的区间范围内。

因此，可取中位胸部压缩量为27.1 mm的区块进行标定试验。

2.3 摆锤改进

混III 5百分位女性假人的胸部结构与混III 50百分位男性假人的胸部结构有一定区别：一方面由于受女性假人胸部的影响，其安全带佩带位置会有一定差异；另一方面由于摆锤前端冲击面面积较大，摆锤对假人造成冲击时的平面载荷为圆形载荷，且先与女性假人的乳房进行接触。而在实际碰撞工况中，由于安全带的形状为长条形，假人与安全带的接触为带状接触。因此，本文为更加真实反映假人与安全带的接触情况，在原有摆锤上加装一个带状冲击块进行标定试验。冲击块装置如图3所示。

图3 带状冲击块

在车辆约束系统的设计准则中，安全带的宽度一般为46～50 mm。

经过对50个样本车辆的实际测量，本文采用安全带宽度为48 mm的样本进行研究，冲击块宽度为48 mm，长度为260 mm，以确保冲击块与假人很好的接触，更加真实模拟实际碰撞事故中假人与安全带的接触。

本文进行的标定试验中，加装的带状冲击块的质量为0.57 kg，摆锤总质量为14.54 kg。

2.4 混III 5百分位女性假人胸部标定试验与结果分析

在标定试验过程中，摆锤中心选择与现行C-NCAP标定程序中的要求相同，摆锤冲击块角度选择21°，如图4所示。

图4 摆锤冲击位置

为了找到合适的胸部压缩量，本研究进行了多个速度的标定试验，每次试验间隔时间为1 h，保证假人胸部能够很好的恢复初始性能。在此选择三个典型胸部压缩量的试验进行阐述。三组的试验条件分别如表3所示。所得冲击结果如图5、图6和图7所示。

通过前面统计可知，胸部压缩量为20～30 mm的样本共占比63%，且中位胸部压缩量为27.1 mm，本研究所进行的标定试验得到的胸部压缩量均在20～30 mm范围内，更接近于碰撞试验中假人的真实响应。

表3 标定试验条件

序号摆锤冲击速度/（m/s）摆锤撞击力/kN胸部压缩量/mm 13.472.1023.53 23.922.5327.14 34.182.6229.98

图5 3.47 m/s下冲击结果

图6 3.92 m/s下冲击结果

图7 4.18 m/s下冲击结果

3 总结

基于真实碰撞试验中对假人起到约束作用的是条状的安全带，且由于混III 5百分位女性假人不同于混III 50百分位男性假人的胸部生理结构，因此认为现行的标定方法不能真实反映假人胸部压缩量。另外，目前标定方法中指定的胸部压缩量区间不在大部分试验样本所处的区间，对此进行了研究并得到以下结论。

实车碰撞试验中，大部分混III 5百分位女性假人佩带的安全带的上边缘都比较靠近假人肩部旋转调节螺丝孔；统计显示，胸部压缩量为20～30 mm的样本共占63%，其中中位压缩量为27.1 mm；本研究中设计一个宽度为48 mm、长度为260 mm的冲击块，以确保冲击块与假人很好接触，更加真实模拟实际碰撞事故中假人与安全带的接触。

通过假人标定试验得出，3.47 m/s的冲击速度下冲击力为2.10 kN，胸部压缩量为23.53 mm；3.92 m/s的冲击速度下冲击力为2.53 kN，胸部压缩量为27.14 mm；4.18 m/s的冲击速度下冲击力为2.62 kN，胸部压缩量为29.98 mm。

利用改进后的冲击块对混III 5百分位女性假人进行标定试验，冲击速度为3.47～4.18 m/s，胸部压缩量为23.53～29.98 mm，选择此区间能够更加真实反映实际碰撞工况中假人的响应。

［1］马伟杰，段丙旭，白鹏，等. 安全带佩带位置对HIII 5th女性胸部特性影响的研究［C］//Proceedings of the 11th International Forum of Automotive Traffic Safety，2014：215-257.

U467.14

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.20.019

2095－6835（2019）20－0045－03

李志（1990—），男，研究方向为汽车检测。

〔编辑：张思楠〕