李志，段丙旭，何成，孟凡超

混III 5百分位女性假人胸部標定方法探究

李志，段丙旭，何成，孟凡超

（中汽研汽車檢驗中心（天津）有限公司，天津 300300）

針對混III 5百分位女性假人，目前的胸部標定方法中指定的胸部壓縮量區(qū)間不在大部分試驗樣本所處的區(qū)間。針對實車碰撞試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，胸部壓縮量為20～30 mm的樣本共占63%，其中中位壓縮量為27.1 mm。利用改進的更接近于安全帶的沖擊塊對混III 5百分位女性假人進行標定試驗，得到?jīng)_擊速度為3.47～4.18 m/s區(qū)間內(nèi)，胸部壓縮量為23.53～29.98 mm，選擇此區(qū)間能夠更加真實反映碰撞工況中假人的響應。

5百分位；胸部標定；胸部壓縮量；沖擊塊

在中國新車評價規(guī)程（China New Car Assessment Programme，C-NCAP）2012版中，首次將混III 5百分位女性假人引入到正面碰撞試驗中，將假人放置于車輛第二排座椅左側(cè)，進行量化分析[1]。C-NCAP 2012版和C-NCAP 2015版中，正面碰撞和偏置碰撞的總分最高均為18分，后排得分最高為2分，其中女性胸部變形壓縮量為1分。C-NCAP 2018版中，正面碰撞和偏置碰撞最高得分均為20分，后排的分最高為4分，后排分值比率提高了1倍，因此作為后排女性得分中占比最高，也是最容易失分的胸部變形壓縮量，顯得尤為重要。

目前C-NCAP 2018版中，對于混III 5百分位女性假人的標定方法是使用半徑為12.7±0.3 mm的圓柱形沖擊擺錘對假人胸部特定部位進行沖擊。而對乘員起到有效保護作用的安全帶則是長條形的，因此圓柱形沖擊擺錘對假人的標定與碰撞試驗中安全帶勒住假人的情形存在很大的差異。在C-NCAP 2018版中，增加了低速標定方法，采用3.0 m/s的速度沖擊垂直坐姿假人胸部肋骨指點位置，對應的胸部變形量在17.4～21.8 mm之間，這個變形量區(qū)間是否對應了目前車輛狀況下實際碰撞過程中的變形區(qū)間還未可知。因此本文主要針對標定擺錘形狀和速度對混III 5百分位女性假人胸部標定進行探討。

1 混III 5百分位女性假人胸部標定方法

C-NCAP 2018版規(guī)程中規(guī)定，混III 5百分位女性假人標定程序按照CFR 572中的0部分規(guī)定及SAE J2878規(guī)定。

CFR 572中的0部分規(guī)程為高速標定方法，規(guī)程規(guī)定擺錘質(zhì)量為（13.97±0.023）kg，擺錘沖擊面的直徑為（152.4 ± 0.25）mm，標定過程中環(huán)境溫度應為20.6～22.2 ℃，環(huán)境濕度應為10%～70%。假人與擺錘具體擺放位置如圖1所示?；霫II 5百分位女性假人高速標定指標如表1所示。SAE J2878規(guī)程為低速標定方法，規(guī)程中規(guī)定，擺錘質(zhì)量為（13.97±0.023）kg，擺錘沖擊面的直徑為（152.4±0.25）mm，標定過程中環(huán)境溫度應為20.6～22.2 ℃，環(huán)境濕度應為10%～70%。

圖1 假人與擺錘擺放位置

表1 混III 5百分位女性假人高速標定指標

標定參數(shù)指標下限指標上限 擺錘沖擊速度/（m/s）6.596.83 環(huán)境溫度/℃20.622.2 環(huán)境濕度/（%）1070 擺錘撞擊力/kN3.94.4 胸部壓縮量/mm5058 滯后率/（%）6985

假人與擺錘具體擺放位置與高速標定方法相同，如圖1所示。混III 5百分位女性假人低速標定指標如表2所示。

表2 混III 5百分位女性假人低速標定指標

標定參數(shù)指標下限指標上限 擺錘沖擊速度/（m/s）2.953.05 環(huán)境溫度/℃20.622.2 環(huán)境濕度/（%）1070 擺錘撞擊力/kN1.782.07 胸部壓縮量/mm17.421.8 滯后率/（%）6572

2 混III 5百分位女性假人胸部標定方法研究

2.1 安全帶佩帶位置

隨著近些年各大主機廠對于車輛安全性越來越重視，在實車碰撞試驗中，供應商對于車輛約束系統(tǒng)的匹配做得越來越完善，其中安全帶的佩戴位置也越來越趨近于統(tǒng)一化。

通過馬偉杰等人的研究可知[1]，隨著安全帶佩帶角度的增大，沖擊力呈現(xiàn)增大的趨勢。通過對幾款A級車、B級車、C級車、緊湊型SUV、全尺寸SUV，分別進行實車狀態(tài)下安全帶佩戴位置測量發(fā)現(xiàn)，一方面的原因是女性胸部乳房的約束；另一方面由于安全帶拉帶位置的約束，大部分安全帶的上邊緣都比較靠近假人肩部旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺絲孔。

本次標定試驗中，擺錘中心選擇與現(xiàn)行C-NCAP標定程序中的要求相同，擺錘沖擊塊角度選擇21°。此角度下擺錘沖擊塊的上邊緣比較靠近假人肩部旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺絲孔。

2.2 標定胸部壓縮量區(qū)間選擇

本文針對2019年進行的113次C-NCAP 2018版全寬正面碰撞和正面40%偏置碰撞摸底試驗中的混III 5百分位女性假人胸部壓縮量進行統(tǒng)計，結果如圖2所示。

圖2 胸部壓縮量分布

樣本中最小胸部壓縮量為17.16 mm，最大胸部壓縮量為49.01 mm，胸部壓縮量為20～25 mm的樣本占比33%，胸部壓縮量為25～30 mm的樣本占比30%，胸部壓縮量為20～30 mm的樣本共占比63%。因此，在胸部標定程序中更應該關注胸部壓縮量為20～30 mm的區(qū)間。CFR 572中的0部分規(guī)程規(guī)定的高速標定方法中，胸部壓縮量區(qū)間為50～58 mm，SAE J2878規(guī)程規(guī)定的低速標定方法中，胸部壓縮量區(qū)間為17.4～21.8 mm，均不在20～30 mm的區(qū)間范圍內(nèi)。

因此，可取中位胸部壓縮量為27.1 mm的區(qū)塊進行標定試驗。

2.3 擺錘改進

混III 5百分位女性假人的胸部結構與混III 50百分位男性假人的胸部結構有一定區(qū)別：一方面由于受女性假人胸部的影響，其安全帶佩帶位置會有一定差異；另一方面由于擺錘前端沖擊面面積較大，擺錘對假人造成沖擊時的平面載荷為圓形載荷，且先與女性假人的乳房進行接觸。而在實際碰撞工況中，由于安全帶的形狀為長條形，假人與安全帶的接觸為帶狀接觸。因此，本文為更加真實反映假人與安全帶的接觸情況，在原有擺錘上加裝一個帶狀沖擊塊進行標定試驗。沖擊塊裝置如圖3所示。

圖3 帶狀沖擊塊

在車輛約束系統(tǒng)的設計準則中，安全帶的寬度一般為46～50 mm。

經(jīng)過對50個樣本車輛的實際測量，本文采用安全帶寬度為48 mm的樣本進行研究，沖擊塊寬度為48 mm，長度為260 mm，以確保沖擊塊與假人很好的接觸，更加真實模擬實際碰撞事故中假人與安全帶的接觸。

本文進行的標定試驗中，加裝的帶狀沖擊塊的質(zhì)量為0.57 kg，擺錘總質(zhì)量為14.54 kg。

2.4 混III 5百分位女性假人胸部標定試驗與結果分析

在標定試驗過程中，擺錘中心選擇與現(xiàn)行C-NCAP標定程序中的要求相同，擺錘沖擊塊角度選擇21°，如圖4所示。

圖4 擺錘沖擊位置

為了找到合適的胸部壓縮量，本研究進行了多個速度的標定試驗，每次試驗間隔時間為1 h，保證假人胸部能夠很好的恢復初始性能。在此選擇三個典型胸部壓縮量的試驗進行闡述。三組的試驗條件分別如表3所示。所得沖擊結果如圖5、圖6和圖7所示。

通過前面統(tǒng)計可知，胸部壓縮量為20～30 mm的樣本共占比63%，且中位胸部壓縮量為27.1 mm，本研究所進行的標定試驗得到的胸部壓縮量均在20～30 mm范圍內(nèi)，更接近于碰撞試驗中假人的真實響應。

表3 標定試驗條件

序號擺錘沖擊速度/（m/s）擺錘撞擊力/kN胸部壓縮量/mm 13.472.1023.53 23.922.5327.14 34.182.6229.98

圖5 3.47 m/s下沖擊結果

圖6 3.92 m/s下沖擊結果

圖7 4.18 m/s下沖擊結果

3 總結

基于真實碰撞試驗中對假人起到約束作用的是條狀的安全帶，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結構，因此認為現(xiàn)行的標定方法不能真實反映假人胸部壓縮量。另外，目前標定方法中指定的胸部壓縮量區(qū)間不在大部分試驗樣本所處的區(qū)間，對此進行了研究并得到以下結論。

實車碰撞試驗中，大部分混III 5百分位女性假人佩帶的安全帶的上邊緣都比較靠近假人肩部旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺絲孔；統(tǒng)計顯示，胸部壓縮量為20～30 mm的樣本共占63%，其中中位壓縮量為27.1 mm；本研究中設計一個寬度為48 mm、長度為260 mm的沖擊塊，以確保沖擊塊與假人很好接觸，更加真實模擬實際碰撞事故中假人與安全帶的接觸。

通過假人標定試驗得出，3.47 m/s的沖擊速度下沖擊力為2.10 kN，胸部壓縮量為23.53 mm；3.92 m/s的沖擊速度下沖擊力為2.53 kN，胸部壓縮量為27.14 mm；4.18 m/s的沖擊速度下沖擊力為2.62 kN，胸部壓縮量為29.98 mm。

利用改進后的沖擊塊對混III 5百分位女性假人進行標定試驗，沖擊速度為3.47～4.18 m/s，胸部壓縮量為23.53～29.98 mm，選擇此區(qū)間能夠更加真實反映實際碰撞工況中假人的響應。

［1］馬偉杰，段丙旭，白鵬，等. 安全帶佩帶位置對HIII 5th女性胸部特性影響的研究［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，研究方向為汽車檢測。

〔編輯：張思楠〕