实车侧面柱碰撞Q3假人的损伤研究

刘磊　彭文春　何成　谢军

摘 要：针对目前国内标准缺乏对Q3假人在实车侧面柱碰撞工况下的测试和评价，开展了9个实车侧面柱碰撞试验，将Q3假人放置在駕驶员后排座椅。结果显示，头部3ms累积合成加速度只有1次试验没有扣分，有2次超出低性能值；HIC15有4次出现扣分，1次超出低性能值；胸部3ms累积合成加速度只有1次小于低性能值；骨盆合成加速度峰值大。颈部的受伤风险小。Q3假人的头部、胸部和腹部有较大受伤的风险，应纳入评价指标。

关键词：Q3假人 侧面柱碰撞试验 评价指标

车辆发生侧面碰撞交通事故的频率仅次于正面碰撞[1-3]。车辆侧面空间小，发生侧面碰撞后，儿童会迅速发生二次碰撞，生产情况比较恶劣。研究表明，在车辆侧面碰撞交通事故中，儿童乘员的头部和胸部容易受到严重损伤[4，5]。

侧面柱碰撞更加不同于侧面碰撞，碰撞位置的车体变形更加严重，严重时，车体发生折弯。Q3假人在侧面柱碰撞中的损伤情况未知。而且我国法规在实车侧面柱碰撞上对儿童保护的测试和评价是一片空白，因此，开展有关儿童约束系统实车侧面柱碰撞安全性能的测试研究就显得很有必要。

1 试验方案

1.1 试验方法

试验车辆后备箱对行李质量进行配重，行李质量为46kg或额定货物和行李的质量-90kg（取质量较小者）。驾驶员和副驾驶员座椅依照厂家的设计位置进行调节。在驾驶员位置放置一个WorldSID 50th型侧碰撞假人。在副驾驶员位置放置一个ES-2型侧碰假人。

Q3假人乘坐于前向或者后向儿童座椅，上手臂紧贴上躯干，与胸椎平行，手掌紧贴大腿和坐垫。儿童乘员安装于驾驶员侧后排座椅。调整儿童安全带时，给拉带施加250±25N的力。此座椅前后方向调节至中间位置，上下方向调节至最低位置，靠背角调节至23°，头枕调节至最低锁止位置。

滑动车辆横向至刚性柱，当接触发生时，平行于车辆碰撞速度矢量的垂直面（图1）与车辆纵向中心线之间应形成75°±3°的碰撞角度。

Q3假人采集头部、颈部、胸部和骨盆等部位的伤害数据。为采集儿童假人在碰撞过程中的运动姿态，在儿童乘员正前方安装车载高速摄像机。

目前车辆占有率高的为SUV，本研究选取小型和中型SUV作为研究对象，总共9辆车，其中小型SUV为4辆，中型SUV为5辆。第1、5、9次试验为前向CRS安装，其他为后向CRS安装。

2 假人伤害分析

以下对Q3假人头部、颈部、胸部和骨盆数据进行详细的分析。

2.1 Q3假人头部数据分析

头部3ms累积合成加速度如图2所示。由图可知，头部3ms累积合成加速度的最大值为95.78g，最小值为54.53g，平均值为69.54g。C-NCAP评价规程2021版中，正面碰撞中Q3假人头部3ms合成加速度的高性能值和低性能值分别为60g和80g。只有1次试验小于60g，有2次试验大于80g。

头部HIC15伤害值如图3所示，HIC15伤害值的最大值为705，最小值为315，平均值为438.8。C-NCAP评价规程中，正面碰撞中Q3假人头部HIC15的高性能值和低性能值分别为500和700。4次试验超过高性能值，其中有1次试验超出低性能值。

整体分析Q3假人头部的数据可知，Q3假人头部有很大的受伤风险，甚至对儿童有致死的可能。CRS后向安装的Q3假人伤害相对较小。

2.2 假人颈部数据分析

各次试验颈部Fy的最大值如图4所示，最大值为0.54kN，最小值为0.03kN，平均值为0.19kN。

各次试验颈部Fz的最大值如图5所示，最大值为1.47kN，最小值为0.14kN，平均值为0.61kN。C-NCAP评价规程中，正面碰撞中Q3假人颈部Fz的高性能值和低性能值分别为1.555kN和2.84kN。各次试验中，Fz的最大值是高性能值的94.5%。

各次试验颈部Mx的最大值如图6所示，最大值为28.74Nm，最小值为3.91Nm，平均值为11.36Nm。

整体分析Q3颈部的数据可知，各值数值都不大。说明在碰撞中，儿童座椅能对Q3假人的颈部起到一个较好的保护作用。有2次试验的Fz超过1.3kN，所以，侧面柱碰中，Q3假人的颈部也存在一定的受伤风险。

2.3 假人胸部数据分析

胸部3ms累积加速度如图7所示。由图可知，胸部3ms合成加速度的最大值为79.51g，最小值为51.79g，平均值为66.61g。C-NCAP评价规程中，正面碰撞中Q3假人胸部3ms合成加速度的高性能值和低性能值分别为41g和55g。9次试验全部超出高性能值，只有1次试验小于低性能值。说明侧面柱碰对Q3儿童胸部有严重的受伤风险。

各次试验假人胸部Y方向上压缩量的最大值如图8所示。由图可知，Q3假人胸部X方向压缩量的最大值为7.73mm，最小值为0.63mm，平均值为4.17mm。

2.4 假人骨盆数据分析

各次试验假人骨盆合成加速度的最大值如图9所示。由图可知，骨盆合成加速度的最大值为91.01g，最小值为58.01g，平均值为75.96g。假人骨盆受到严重的挤压，有较大的损伤风险。

3 假人运动响应分析

前向CRS安装与后向CRS安装比较，Q3假人的运动响应不同。

前向CRS采用ISOFIX和上拉带进行固定，CRS稳固地固定车辆座椅上。发生碰撞后，CRS和Q3假人向车门内饰运动，伴随绕ISOFIX的轻微转动，并迅速被车门内饰扶手阻挡，如图10（a）。因为CRS的束缚，Q3假人与CRS发生挤压，手臂和腿与车门内饰接触，如图10（b）。整个碰撞过程中，Q3假人的头部和上躯干被舒服在CRS内，未与车内饰发生接触，如图10（c）。Q3假人的头部、胸部、腹部发生严重的挤压。

后向CRS采用车辆安全带进行固定，相对ISOFIX和上拉带的固定更加松动。发生碰撞后，CRS和Q3假人向车门内饰快速移动，并被车门内饰阻挡，如图11（a）。因为CRS的束缚，Q3假人与CRS发生挤压，手臂和腿与车门内饰接触，如图11（b）。整个碰撞过程中，Q3假人的头部和上躯干被舒服在CRS内，未与车内饰发生接触，如图11（c）。因为CRS固定方式的松动，Q3假人的头部在碰撞过程中转动较大。

2种安装方式，CRS将儿童乘员牢牢地约束住，防止儿童乘员从CRS中挣脱。CRS阻隔了儿童与车内饰的直接碰撞接触，并且儿童座椅具有缓冲吸能作用，尤其是头枕对儿童的頭部的保护作用。侧气帘对2种安装方式的儿童保护没有重要意义。前向安装，因固定稳固，CRS和Q3未与侧气帘发生严重的挤压。而后向安装，碰撞区域内没有充气区域，所以侧气帘无保护效果。

4 Q3儿童损伤评价分析

关于头部的评价，ECE R129在侧面滑台试验中对Q3假人的HIC15和3ms累积合成加速度要求的损伤容限为800和80g。C-NCAP评价规程2021版对Q3假人的HIC15和3ms累积合成加速度要求的损伤容限为500和60g。9次实车碰撞试验中，儿童乘员头部HIC15的最大值为750，为损伤限值的1.5倍。而3ms累积合成加速度为95.78g，为损伤限值的1.6倍。目前，3岁儿童乘员的头部存在较大的受伤风险。

关于颈部的评价，东盟NCAP正碰试验Q3假人颈部Fz的扣分点为1.7kN。C-NCAP评价规程2021版正碰试验Q3假人颈部Fz的扣分点为1.555kN。本研究中Fz的最大值为1.47kN，为扣分点的94.5%。所以车辆对Q3假人的颈部起到一个较好的保护作用。

关于胸部的评价，东盟NCAP和C-NCAP评价规程2021版正碰试验Q3假人胸部3ms累积加速度的扣分点为41g，损伤限值为55g。9次试验全部超出扣分点，且有8次试验高于损伤限值。说明侧面柱碰对Q3儿童胸部有严重的受伤风险。

没有法规对Q3假人腹部进行评价，从高速摄像分析中可得知，碰撞后，Q3假人于CRS发生严重挤压，骨盆累积合成加速度数值大，存在较大损伤风险，应对骨盆进行评价。

5 结论

从高速摄像分析，CRS能有效约束儿童乘员，使Q3牢牢地保持在CRS中。

从Q3假人采集的数据分析，目前市场上的车辆对Q3假人颈部的保护比较好。但头部、胸部和骨盆有较大的受伤风险。应加强对Q3假人的头部、胸部和腹部进行评价，以在侧柱碰撞事故中有效保护3岁儿童。

参考文献：

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[5]白中浩，程胜华，陈亚枫.内置式儿童安全座椅侧面碰撞安全性研究[J].湖南大学学报：自然科学版， 2014， 41（8）：1-6.