劉燦燦　王友俊　仲衍慧　何成　李春

摘 要：針對(duì)目前兒童保護(hù)不足的問(wèn)題，本文分析了10款轎車(chē)在50km/h的正面100%重疊剛性壁障碰撞試驗(yàn)中Q3兒童假人的損傷情況，同時(shí)比較了兒童座椅在前向安裝以及后向安裝下兒童的損傷情況，依據(jù)C-NCAP（2021）中的評(píng)價(jià)項(xiàng)對(duì)兒童假人的頭部、頸部、胸部進(jìn)行分析。結(jié)果表明，在兒童座椅后向安裝的情況下，兒童頭部、頸部、胸部的損傷值遠(yuǎn)小于前向安裝時(shí)的值，即后向安裝的兒童座椅在正面碰撞的交通事故中對(duì)兒童起到了更好的保護(hù)效果。

關(guān)鍵詞：兒童損傷 Q3兒童 兒童座椅

1 前言

近年來(lái)，隨著我國(guó)綜合國(guó)力和經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，人民的生活水平有很大提高，機(jī)動(dòng)車(chē)保有量也逐年增加。而隨著機(jī)動(dòng)車(chē)數(shù)量的增加，道路交通問(wèn)題也愈發(fā)明顯。世界衛(wèi)生組織2018年報(bào)告指出，道路交通死亡人數(shù)繼續(xù)攀升，每年死亡135萬(wàn)人。報(bào)告中強(qiáng)調(diào)，道路交通傷害如今成為全球5-14歲兒童“第一大殺手”。在我國(guó)，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[1]。

為解決碰撞中兒童乘員安全性問(wèn)題，降低兒童乘員在汽車(chē)碰撞事故中受傷的概率，各國(guó)制定了相應(yīng)的安全標(biāo)準(zhǔn)和安全法規(guī)。目前，關(guān)于兒童乘車(chē)安全的標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)主要有兩大體系：美國(guó)法規(guī)體系和歐洲法規(guī)體系[2]。C-NCAP（2021）在2020年8月發(fā)布，2022年1月1日實(shí)施。其在100%正面碰撞試驗(yàn)中對(duì)Q3兒童假人進(jìn)行了評(píng)價(jià)，主要評(píng)價(jià)其頭部、頸部和胸部。

對(duì)于兒童座椅的安裝，在正面碰撞試驗(yàn)中，大部分都采用了前向安裝方式，而C-NCAP（2021）對(duì)Q3兒童假人座椅安裝方式的規(guī)定為：在滿足車(chē)輛要求的情況下，企業(yè)可選擇使用后向安裝的兒童約束系統(tǒng)用于正面碰撞試驗(yàn)，并且Q3假人后向安裝[3]。

前向與后向安裝的兒童約束系統(tǒng)對(duì)Q3兒童假人的保護(hù)效果如何，如何更好的保護(hù)兒童乘員，是我們急需解決的問(wèn)題，因此，對(duì)兒童假人的損傷研究顯得很有必要。

2 兒童假人損傷分析

C-NCAP（2021）100%正面碰撞試驗(yàn)中對(duì)Q3兒童假人進(jìn)行了評(píng)價(jià)，其評(píng)價(jià)項(xiàng)包含頭部，頸部和胸部。頭部評(píng)價(jià)指標(biāo)為：頭部在向前移動(dòng)過(guò)程中未發(fā)生二次碰撞，則只評(píng)價(jià)頭部累積3ms合成加速度;若發(fā)生了二次碰撞時(shí)，評(píng)價(jià)頭部傷害指數(shù)（HIC15）和頭部累積3ms合成加速度。其評(píng)價(jià)指標(biāo)如表1所示。

頸部得分通過(guò)測(cè)量假人頸部張力Fz指標(biāo)而產(chǎn)生。假人頸部張力Fz指標(biāo)的高性能限值為1.555KN，低性能限值為2.84KN。

胸部得分通過(guò)測(cè)量假人胸部累積3ms合成加速度指標(biāo)而產(chǎn)生。假人胸部累積3ms合成加速度指標(biāo)的高性能限值為41g，低性能限值為55g。

根據(jù)C-NCAP中對(duì)Q3兒童假人的評(píng)價(jià)指標(biāo)，本文對(duì)10款轎車(chē)中兒童座椅前向安裝的Q3假人的損傷進(jìn)行了分析。

2.1 頭部損傷研究

兒童身體比例方面，嬰兒頭部約占身體總長(zhǎng)度的1/4，總重的1/3，成人頭部只占身體總長(zhǎng)1/8，重量只占總重的6%，而3歲兒童的頭部約占整個(gè)身體重量的18%[4]。

10款轎車(chē)的正碰試驗(yàn)中，假人頭部累積3ms合成加速度以及頭部傷害指數(shù)HIC15的值如下圖1、2所示。

從圖中可以看出，頭部累積3ms合成加速度的值分布在50g-100g之間，最小值在50g左右，最大值約為100g，60g以上有8款車(chē)，80g以上的有三款車(chē)。按照C-NCAP（2021）中的評(píng)價(jià)指標(biāo)，即有8款車(chē)頭部會(huì)扣分，有三款車(chē)頭部為0分。

HIC15的值分布在200-1200之間，500以上的有7款車(chē)，700以上的有3款車(chē)。

由此可見(jiàn)，Q3兒童假人頭部扣分的情況比較嚴(yán)重，兒童頭部損傷情況也比較嚴(yán)重。

2.2 頸部損傷研究

在交通事故導(dǎo)致的兒童損傷中，頸部損傷是導(dǎo)致兒童乘員病痛甚至死亡的一種重要形式[5]。10款車(chē)的兒童假人頸部張力Fz如下圖3所示。

兒童頸部張力Fz的值主要分布在2KN-3.2KN之間。10款車(chē)的頸部傷害均在1.555KN以上，2.84KN以上的有1款車(chē)。按照C-NCAP（2021）中的評(píng)價(jià)指標(biāo)，即10款車(chē)的頸部均出現(xiàn)扣分情況，1款車(chē)頸部得分為0。

2.3 胸部損傷研究

兒童的肋骨較軟及腔內(nèi)組織器官仍未完全發(fā)育等原因，使得胸部在汽車(chē)碰撞事故中屬于損傷多發(fā)部位，這些損傷嚴(yán)重時(shí)甚至足以致命[6]。

Q3兒童胸部損傷主要研究其累積3ms合成加速度，10款車(chē)的兒童胸部3ms合成加速度如下圖4所示。

從圖中可以看出，胸部3ms合成加速度的值主要分布在35g-52g之間。結(jié)合C-NCAP（2021）中的評(píng)價(jià)指標(biāo)，超過(guò)41g的有8款車(chē)，10款車(chē)的損傷值均在55g以下。

2.4 Q3兒童損傷分析

通過(guò)對(duì)Q3兒童頭部、頸部和胸部的損傷分析，依據(jù)C-NCAP（2021）中的評(píng)價(jià)指標(biāo)，可以看出，在兒童座椅正向安裝的情況下，兒童損傷情況不是很樂(lè)觀，各部位得滿分情況微乎其微，由此可見(jiàn)，對(duì)兒童的保護(hù)刻不容緩。

3 兒童座椅不同安裝方向下的兒童損傷

按照C-NCAP（2021）中的要求，兒童座椅在滿足要求的情況下可以后向安裝，后向安裝和前向安裝對(duì)兒童的保護(hù)效果如何，本文對(duì)某款轎車(chē)兩種安裝方式下Q3兒童假人的損傷進(jìn)行了分析。

3.1 頭部損傷分析

對(duì)兩種安裝方式下的Q3兒童假人的頭部進(jìn)行了損傷分析，其頭部合成加速度曲線如下圖5所示。

從圖中可以看出，座椅前向安裝時(shí)，其頭部合成加速度可達(dá)到100g左右，而后向安裝時(shí)，其頭部加速度只有40g左右，座椅后向時(shí)，頭部加速度峰值明顯減小，且加速度變化趨勢(shì)更加平滑，從而有效緩解了腦組織相對(duì)于頭骨的運(yùn)動(dòng)，降低了事故中發(fā)生腦震蕩的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)可以看出，兒童座椅前向安裝時(shí)，兒童頭部有發(fā)生二次碰撞的風(fēng)險(xiǎn)。說(shuō)明在后向安裝的情況下，可以更好的保護(hù)頭部。

3.2 頸部損傷分析

對(duì)兩種安裝方式下的Q3兒童的頸部進(jìn)行了對(duì)比分析，主要分析其考評(píng)項(xiàng)，即頸部Fz，其頸部損傷如下圖6所示。

從圖中可以看出，座椅前向安裝時(shí)，其頸部Fz峰值可達(dá)3KN;后向安裝時(shí)，頸部Fz峰值小于1KN，頸部損傷明顯減小。同時(shí)，頭部發(fā)生二次碰撞時(shí)，頸部也會(huì)受到相應(yīng)的影響。交通事故中頸椎的損傷可能會(huì)造成對(duì)頸椎內(nèi)部神經(jīng)系統(tǒng)的無(wú)法恢復(fù)的傷害。后向安裝對(duì)于保護(hù)頸部的效果更好。

3.3 胸部損傷分析

對(duì)兩種安裝方式下的Q3兒童假人的胸部進(jìn)行了損傷分析，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線如下圖7和8所示。

從圖中可以看出，座椅前向安裝的情況下，胸部合成加速度峰值可達(dá)60g左右，后向安裝時(shí)，峰值可達(dá)40g左右;并且在速度增加和減少的變化過(guò)程中的瞬時(shí)變化量更低，即變化趨勢(shì)更加平緩，并在峰值附近區(qū)間呈現(xiàn)平滑變化趨勢(shì)。胸部位移量在座椅前向安裝的情況下，可達(dá)30mm以上，而后向安裝時(shí)，峰值只有不到10mm，后向安裝明顯降低了事故中兒童胸腔的壓潰范圍，更好的起到了對(duì)胸腔內(nèi)重要器官的保護(hù)效果，并且降低了由于肋骨斷裂刺入內(nèi)臟的風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)上述胸部傷害值數(shù)據(jù)說(shuō)明在后向安裝的情況下，對(duì)胸部的保護(hù)效果更好。

3.4 不同座椅安裝方向下兒童損傷分析

通過(guò)對(duì)兩種座椅安裝方向下兒童損傷的對(duì)比分析，可以看出，后向安裝的兒童座椅對(duì)兒童的保護(hù)效果更好。根據(jù)C-NCAP（2021）中對(duì)兒童損傷的評(píng)價(jià)指標(biāo)，可以看出，座椅前向安裝的情況下，頭部、頸部、胸部的峰值均超出C-NCAP中要求的最高限值;而后向安裝的情況下，頭部、頸部、胸部的峰值均未超出C-NCAP中要求的最低限值，可見(jiàn)，兒童座椅的后向安裝對(duì)兒童起到了很好的保護(hù)作用。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)Q3兒童假人的損傷進(jìn)行分析，可以看出，兒童安全座椅正向安裝時(shí)，兒童假人的損傷情況不容樂(lè)觀，按照C-NCAP（2021）的評(píng)價(jià)指標(biāo)，各部位均有失分的情況。

兒童座椅后向安裝時(shí)，和前向安裝的情況相比，各部位的損傷值大幅度減小，兒童各部位得到了很好的保護(hù)?？梢?jiàn)，在車(chē)輛情況允許的情況下，后向安裝兒童座椅可以使各汽車(chē)廠家在C-NCAP（2021）中得到更高的分?jǐn)?shù)，同時(shí)可以在交通事故中減小兒童的損傷，對(duì)兒童起到很好的保護(hù)作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉磊，何成，謝軍，張斌.正碰和偏置試驗(yàn)中的Q3損傷對(duì)比研究[J].時(shí)代汽車(chē)，2021（04）：178-179+182.何成.

[2]李春，何成，閆肅軍，楊春忠.基于實(shí)車(chē)正面碰撞試驗(yàn)的Q3假人傷害研究[J].車(chē)輛與動(dòng)力技術(shù)，2020（02）：59-64.

[3]中國(guó)新車(chē)評(píng)價(jià)規(guī)程.中國(guó)汽車(chē)技術(shù)研究中心.

[4]劉娜. 中國(guó)3歲兒童乘員正面碰撞損傷防護(hù)分析[D].廈門(mén)理工學(xué)院，2016.

[5]封笑丹. 三歲兒童乘員頸部碰撞損傷機(jī)理研究[D].天津科技大學(xué)，2019.

[6]梁云飛. 三歲兒童乘員胸部有限元模型的構(gòu)建及損傷分析[D].天津科技大學(xué)，2016.