劉磊　何成　謝軍　張斌

摘 要：針對目前兒童乘員保護不足的問題，本文在某款C級轎車上采用50km/h的正面100%重疊剛性壁障碰撞試驗（簡稱正碰試驗）和64km/h的正面40%重疊可變形壁障偏置碰撞試驗（簡稱偏置試驗）對比分析Q3兒童的損傷情況。依據(jù)C-NCAP 2021版評價規(guī)程對2個試驗工況中Q3兒童進行評價。2種工況，兒童假人體現(xiàn)的損傷情況均嚴(yán)重。正碰試驗中頭部、頸部和胸部壓縮量的損傷值更大。對胸部累積3ms合成加速度而言，偏置試驗得分很低，損傷更大。目前，5點式兒童安全帶起不到很好的緩沖吸能的保護效果。車輛開發(fā)商可以設(shè)計能更好保護兒童乘員的約束系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：兒童損傷 Q3兒童 正碰試驗 偏置試驗

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

世界衛(wèi)生組織2018年報告指出，道路交通死亡人數(shù)繼續(xù)攀升，每年死亡135萬人。報告中強調(diào)，道路交通傷害如今成為全球5 至14歲兒童“第一大殺手”。在我國，交通事故傷害同樣是1-14歲未成年人傷亡的重要死因之一。資料顯示，我國每年有超過1.85萬名兒童死于交通事故，死亡率是歐洲的2.5倍，美國的2.6倍。[1]

為解決碰撞過程中汽車兒童乘員安全性問題，歐盟、美國和日本等地區(qū)和國家針對本國交通事故情況制定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)，如歐盟的ECE R129和EURO-NCAP;美國的FMVSS 213[2-6]。在很長一段時間里，我國沒有針對兒童乘員的汽車碰撞安全法規(guī)。中國新車評價規(guī)程（C-NCAP）2018版在正面100%重疊剛性壁障碰撞試驗中后排右側(cè)放置一個Q3兒童，但不評價兒童的損傷。在C-NCAP 2021版中，增加了兒童的評價，彌補了兒童乘員保護的空白。基于此，本文開展了Q3兒童假人在50km/h的正碰試驗和64km/h的偏置試驗中的對比研究分析，得出Q3兒童假人在2種正碰碰撞工況下的損傷情況。

2 兒童假人評價的現(xiàn)狀

ECE R129評價Q3兒童假人的頭部和胸部，頭部HPC和累積3ms合成加速度分別為800和80g，胸部累積3ms合成加速度為55g。

2018年2月頒布的ASEAN-NCAP兒童評價中，在偏置試驗中對Q3兒童假人的頭部、頸部和胸部進行評價。

當(dāng)頭部發(fā)生二次接觸時，頭部的評價指標(biāo)為累積3ms合成加速度，其高性能限制和低性能限制分別為87g和100g。在碰撞過程中，如果頭部不與兒童約束系統(tǒng)接觸，則頭部不扣分。

頸部評價指標(biāo)為頸部張力Fz，其高性能限制和低性能限制分別為1700N和2620N。

胸部評價指標(biāo)為累積3ms合成加速度，其高性能限制和低性能限制分別為50g和66g。

C-NCAP 2021版2020年8月發(fā)布，2022年1月1日實施。在正碰試驗中對Q3兒童假人的頭部、頸部和胸部進行評價。[7]

當(dāng)頭部發(fā)生二次接觸時，頭部的評價指標(biāo)為累積3ms合成加速度和HIC15。當(dāng)頭部未發(fā)生二次接觸時，只評價累積3ms合成加速度。累積3ms合成加速度的高性能限制和低性能限制分別為60g和80g。HIC15的高性能限制和低性能限制分別為500和700。

頸部評價指標(biāo)為頸部張力Fz，其高性能限制和低性能限制分別為1555N和2840N。

胸部評價指標(biāo)為累積3ms合成加速度，其高性能限制和低性能限制分別為41g和55g。

以上2種評價指標(biāo)，對頭部和胸部而言，C-NCAP比ASEAN-NCAP更加嚴(yán)苛。對頸部而言，C-NCAP的高性能指標(biāo)更加嚴(yán)苛，低性能指標(biāo)相對寬松。

3 試驗方法

本文采用50km/h的正面100%重疊剛性壁障碰撞試驗（簡稱正碰試驗）和64km/h的正面40%重疊可變形壁障偏置碰撞試驗（簡稱偏置試驗）。2次試驗用同一款C級轎車進行試驗，采用相同的試驗配置。前排座椅調(diào)節(jié)至50百分位乘員的設(shè)計位置，并各放置一個HIII 50百分位男性假人。Q3兒童假人放置在前向兒童座椅，上手臂緊貼上軀干，并平行于前胸骨，手掌緊貼大腿和坐墊。對正碰試驗，兒童乘員安裝于乘員側(cè)后排座椅;對偏置試驗，兒童乘員安裝于駕駛員側(cè)后排座椅。兒童座椅通過ISOFIX和上拉帶與車輛連接。調(diào)整兒童安全帶時，給拉帶施加250±25N的力。安裝兒童座椅時，給上拉帶施加50±5N的力。

Q3假人采集頭部、頸部和胸部的傷害數(shù)據(jù)，具體的通道配置如表1。

4 試驗數(shù)據(jù)分析

依次分析2次試驗的Q3假人頭部、頸部和胸部的傷害值數(shù)據(jù)。從采集的視頻數(shù)據(jù)來看，Q3假人均沒有與車輛內(nèi)飾發(fā)生二次碰撞。

4.1 假人頭部傷害值分析

Q3假人頭部合成加速度曲線如圖1。由圖可知，正碰試驗和偏置試驗的合成加速度的最大值分別為109.11g，82.58g。經(jīng)計算得到正碰試驗和偏置試驗的累積3ms合成加速度分別為87.03g，75.82g。

按照C-NCAP 2021版的規(guī)定進行評價，正碰試驗的累積3ms合成加速度為87.03g，超過低性能值，頭部得分為0分。偏置試驗的累積3ms合成加速度為75.82g，頭部得分0.418分（滿分2分），得分率20.9%。在2種類型的試驗中，正碰試驗中，Q3假人的頭部更加容易受到傷害。

經(jīng)計算得到正碰試驗和偏置試驗的HIC15分別為869，631。因為Q3假人頭部均沒有與車輛內(nèi)飾發(fā)生二次碰撞，所以不對HIC15進行評價。

4.2 假人頸部傷害值分析

Q3假人頸部Z方向上受到的力如圖2所示。由圖可知，正碰試驗和偏置試驗中，Q3假人頸部Z方向受力的最大值分別為2.87KN，最小值為2.54KN。

按照C-NCAP 2021版的規(guī)定進行評價，正碰試驗的頸部Z方向上受到的力的最大值為2.87KN，超過低性能值，頸部得分為0分。偏置試驗的頸部Z方向上受到的力的最大值為2.54KN，頸部得分0.233分（滿分1分），得分率為23.3%。在2種類型的試驗中，正碰試驗中，Q3假人的頸部更加容易受到傷害。

4.3 假人胸部傷害值分析

Q3假人胸部合成加速度曲線如圖3。由圖可知，正碰試驗和偏置試驗的合成加速度的最大值分別為66.62g，53.85g。經(jīng)計算得到正碰試驗和偏置試驗的累積3ms合成加速度分別為47.63g，53.35g。

按照C-NCAP 2021版中的規(guī)定進行評價，正碰試驗的累積3ms合成加速度為47.63g，胸部得分為0.526分，得分率為52.6%。偏置試驗的累積3ms合成加速度為53.35g，胸部得分0.118分（滿分1分），得分率為11.8%。在2種類型的試驗中，正碰試驗合成加速度的峰值大于偏置試驗，但偏置試驗峰值的脈寬更寬，故累積3ms合成加速度更大。就此指標(biāo)而言，偏置試驗中，Q3假人的胸部更加容易受到傷害。

Q3假人胸部X方向上壓縮量如圖4所示。由圖可知，正碰試驗和偏置試驗Q3假人胸部X方向壓縮量分別為30.70mm，最小值為23.43mm。

C-NCAP 2021版對Q3兒童假人的胸部壓縮量沒有評價。C-NCAP 2021版正碰試驗中，女性胸部壓縮量的高性能值和低性能值分別為18mm，42mm。若依據(jù)女性的評價指標(biāo)對Q3進行評價，則正碰試驗Q3兒童得0.471分，偏置試驗得0.774分。就此指標(biāo)而言，正碰試驗中，Q3假人的胸部更加容易受到傷害。

偏置試驗中，車輛先與蜂窩鋁接觸。蜂窩鋁產(chǎn)生壓潰變形。蜂窩鋁變形結(jié)束后，車輛前端主體變形吸能部件才開始壓潰變形。相比于正碰試驗，偏置試驗有蜂窩鋁變形吸能的過程。所以偏置試驗中的Q3假人的曲線比正碰試驗在時間上有一個滯后。各個部位的曲線形狀趨勢相似，偏置試驗的曲線比正碰試驗的曲線滯后大約20ms。

在2種工況的試驗中，Q3兒童假人的損傷情況都比較嚴(yán)重。除了正碰試驗胸部累計3ms合成加速度得分率為為52.6%，其它指標(biāo)都低于50%，甚至幾近于0分。對頭部和頸部而言，正碰試驗比偏置試驗的危害更大。Q3兒童假人的損傷情況都比較嚴(yán)重的原因，車身加速度通過ISOFIX直接傳遞給兒童座椅，而Q3兒童假人只能依靠5點式兒童安全帶對乘員進行緩沖和吸能，但安全帶不具備限力等級。針對這樣的情況，為了提升兒童乘員的保護，車輛開發(fā)商可以設(shè)計能更好保護兒童乘員的約束系統(tǒng)。

5 結(jié)論

本文采用50km/h的正碰試驗和64km/h的偏置試驗2種工況在同一款C級轎車上對比研究分析了Q3兒童假人的損傷情況，并提了改進的建議。

對Q3兒童頭部、頸部和胸部壓縮量而言，正碰試驗對兒童的損傷更大，且有2個指標(biāo)得0分。對胸部累積3ms合成加速度而言，偏置試驗得分很低，損傷更大。

目前，車輛對兒童乘員保護不足的主要原因是車輛加速度直接通過ISOFIX傳遞給兒童，而5點式兒童安全帶起不到很好的緩沖吸能的保護效果。車輛開發(fā)商可以設(shè)計能更好保護兒童乘員的約束系統(tǒng)。

參考文獻：

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

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[3]張君媛，畢瑩，周劍等.面向歐洲新車評價的汽車正面碰撞兒童座椅參數(shù)設(shè)計[J].中國機械工程，2009（21）：983-987.

[4]郭慶祥，王楠，董傳林等.正面碰撞中座椅對兒童傷害的影響研究[J].公路與汽運，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，孫孟陽，王天華，謝軍. 實車側(cè)面碰撞碰撞側(cè)Q1.5的損傷研究[J]. 時代汽車，2020（12）：189-192.

[7]中國新車評價規(guī)程.中國汽車技術(shù)研究中心.