何成 孙孟阳 王天华 谢军

摘 要：针对目前国内标准缺乏对1.5岁儿童在实车侧面碰撞工况下的测试和评价，进行了涉及A级、B级、SUV和MPV等车型的10个实车侧面碰撞试验，将Q1.5儿童假人放置在最危险的位置，即驾驶员侧的后排座椅。结果显示，头部3ms累积加速度平均值为31.0g，最大值为58.3g;颈部Y方向受力的平均值为0.26kN，最大值为0.45kN;颈部Z方向受力的平均值为0.41kN，最大值为0.62kN;胸部3ms累积加速度平均值为31.3g，最大值为55.1g;骨盆3ms累积加速度平均值为50.9g，最大值为85.1g。通过试验数据的分析，儿童乘员的胸部和腹部有较大受伤的风险，头部有较小的受伤风险，应纳入评价指标。本研究有利于后续研究，也为1.5岁儿童侧面碰撞评价标准的建立提供借鉴。

关键词：1.5岁儿童损伤;Q1.5儿童假人;側面碰撞试验;评价标准

我国每年死于交通事故的14岁以下的儿童将近2万名[1]。在各类交通事故中，车辆发生侧面碰撞交通事故的频率比较高，仅次于正面碰撞交通事故。由于车辆侧面变形吸能空间小，侧面碰撞事故一般直接影响乘员舱，碰撞形式比较恶劣，以及在侧面碰撞事故中儿童约束系统无法有效保护儿童乘员，导致侧面碰撞交通事故中的儿童乘员死亡率最高[2]。在侧面碰撞交通事故中，采用相同的儿童约束系统，碰撞侧的儿童乘员受损伤的风险明显高于非碰撞侧的儿童乘员[3]。碰撞侧的车门容易因碰撞发生变形，致使乘员舱的受侵入容易造成碰撞侧儿童乘员的二次损伤，从而容易受到更加严重的损伤，甚至是承受致命的风险[4]。研究表明，在车辆侧面碰撞交通事故中，儿童乘员的头部、颈部和胸部容易受到严重损伤[5]。

在我国的交通事故中，儿童的死亡率是欧美国家的2倍。从儿童死亡率的巨大差距可以看出我国儿童安全领域研究的严重不足[1]。

近几年，欧洲、澳大利亚、美国和日本等地区和国家相继开展了儿童约束系统侧面碰撞试验方法的研究。欧洲ECE R129、澳大利亚AS 1754给出了相应的儿童约束系统侧面碰撞台车试验的相关标准要求，且试验方法和伤害评价上也存在较大的差别。2015版E-NCAP中AE-MDB侧面碰撞试验中，驾驶员和前排乘员后面的座椅分别放置Q10和Q6假人，以测试车辆在侧面碰撞中对Q10和Q6儿童的保护效果。而我国法规在实车侧面碰撞上对儿童的保护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

试验车辆后备箱配重25kg行李质量。驾驶员座椅的前后方向和上下方向均调节至中间位置，靠背角调节至23，头枕调节至中间锁止位置。

Q1.5岁儿童假人乘坐于后向儿童座椅，上手臂紧贴上躯干和座椅靠背，手掌紧贴大腿和坐垫。儿童乘员安装于驾驶员侧后排座椅，如图1。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。

950kg的移动壁障以50.5km/h的速度垂直撞击试验车辆驾驶员侧，撞击中心面过驾驶员R点。碰撞块满足EEVC WG13的要求。

Q1.5假人采集头部、颈部、胸部和骨盆等部位的伤害数据，具体的通道配置如表1。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，以记录车内饰与CRS、CRS与儿童假人的碰撞和接触过程。

为了体现数据的可靠性和代表性，所选用的试验车型包括了包含A级、B级、SUV和MPV，总共10辆汽车。

2 假人伤害分析

以下对Q1.5假人头部、颈部、胸部和骨盆数据进行详细的分析。

2.1 儿童假人头部数据分析

儿童假人头部合成加速度的最大值如图2所示。由图可知，头部3ms合成加速度的最大值为59.4g，最小值为22.8g，平均值为31.9g。其中，大部分数值低于平均值。说明大部分车型在此指标上对儿童的保护比较好。

头部3ms累加速度如图3所示。由图可知，头部3ms合成加速度的最大值为58.3g，最小值为22.2g，平均值为31.0g。Euro-NCAP评价规程中，正面碰撞中1.5岁头部3ms合成加速度的高性能指标和低性能指标分别为72g和88g。所有数据均小于72g，但有一次试验为58.3，存在一定的受伤风险。

头部HIC15伤害值如图4所示，HIC15伤害值的最大值为277，最小值为29，平均值为92.1。大部分数值低于平均值。Euro-NCAP评价规程中，正面碰撞中1.5岁头部HIC15的高性能指标和低性能指标分别为500和700。所有试验中，HIC15的最大值为高性能指标的55.4%，且平均值为高性能值的18.4%。由于儿童座椅的头枕具有良好的吸能缓冲作用，所以能有效降低HIC15。

整体分析Q1.5头部的数据可知，头部X向和Z向加速度比较接近，而Y向加速度大约是X向或者Z向的2倍。10次试验中，有一次头部3ms合成加速度为58.3g，这对儿童头部的损伤比较大。查看视频可知，此次试验为A级车，车门内饰与儿童座椅的距离小，在碰撞过程中，车门变形较大，儿童座椅直接与车门内饰发生挤压碰撞。

2.2 假人颈部数据分析

Q1.5颈部Y方向上受力是由于假人头部和颈部发生相互剪切产生了。各次试验颈部Fy的最大值如图5所示，最大值为0.45kN，最小值为0.15kN，平均值为0.26kN。

Q1.5颈部Z方向上受力是由于假人头部的甩动而产生的，各次试验颈部Fz的最大值如图6所示，最大值为0.62kN，最小值为0.22kN，平均值为0.41kN。Euro-NCAP评价规程中，正面碰撞中1.5岁颈部Fz的高性能指标和低性能指标分别为1.7kN和2.62kN。各次试验中，Fz的最大值是高性能指标的36.5%。所以，侧面碰撞中，1.5岁儿童假人的颈部被较好地保护。

Q1.5颈部X方向上弯矩是由于假人头部侧向偏转而产生的，各次试验颈部Mx的最大值如图7所示，最大值为17.44Nm，最小值为5.65Nm，平均值为9.36Nm。

整体分析Q1.5颈部的数据可知，各指标数值都不大，说明在碰撞中，儿童座椅能对Q1.5儿童的颈部起到一个较好的保护作用。Fx的值和Fy接近，Fz接近Fx或Fy的2倍。同时，Mx与My和Mz的值差异不大。说明假人在运动中头受到甩动，并带有各方向的转动。分析高速摄像，结果与数据分析一致。碰撞过程中，由于假人的胸部和腹部受到CRS安全带的约束，假人头部先接触CRS头枕后，头部同时发生Z轴和Y轴的转动。

2.3 假人胸部数据分析

假人胸部合成加速度的最大值如图8所示。由图可知，胸部3ms合成加速度的最大值为78.0g，最小值为35.7g，平均值为31.9g。其中，大部分数值低于平均值。说明大部分车型在此指标上对儿童胸部的保护比较好。但A0车型，CRS与门内饰间的间隙相对较小。因此，碰撞过程中，儿童受到非常嚴重的冲击。对儿童而言，78.0g的合成加速度峰值是比较危险的。

胸部3ms累积加速度如图9所示。由图可知，胸部3ms合成加速度的最大值为55.1g，最小值为20.3g，平均值为31.3g。其中，大部分数值低于平均值。Euro-NCAP评价规程中，正面碰撞中1.5岁胸部3ms合成加速度的高性能指标和低性能指标分别为41g和55g。10次试验中，有2次试验超出高性能指标，其中1次试验超过低性能指标。说明侧面碰撞对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10所示。由图可知，儿童假人胸部X方向压缩量的最大值为10.1mm，最小值为5.1mm，平均值为6.7mm。

各次试验假人胸部粘性指数VC的最大值如图11所示。由图可知，儿童假人胸部粘性指数的最大值为0.2m/s，最小值为0.02m/s，平均值为0.07m/s。

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12所示。由图可知，骨盆合成加速度的最大值为89.3g，最小值为38.3g，平均值为54.2g。

各次试验骨盆3ms累积加速度如图13所示。由图可知，骨盆3ms合成加速度的最大值为85.1g，最小值为37.1g，平均值为50.9g。有2次试验数值大于55g，其中一次超过85g，结合视频数据可知，假人骨盆收到严重的挤压，有较大的损伤风险。

3 假人运动响应分析

分析Q1.5的高速摄像，可知，各个试验的儿童假人的运动响应比较一致，只是碰撞的强度有差异。

在碰撞前，假人与CRS、CRS与车门内饰的位置关系如图14（a）。发生碰撞后，门内饰向CRS方向入侵，CRS向门内饰方向相对运动。因受到门内饰扶手的阻挡，CRS将碰撞力传递至Q1.5假人。假人的肩部最先与CRS发生碰撞，如图14（b）。随后，因为假人上胳膊的挤压，胸部也开始受到挤压，如图14（c）。随着碰撞的继续进行，骨盆与CRS发生碰撞。数毫秒后，头部与CRS挤压碰撞，如图14（d）。继而，在CRS的冲击下，假人骨盆最先向车内方向反弹，如图14（e）。从查看高速摄像可以得知，CRS在碰撞过程中对儿童乘员的保护起到关键的作用。儿童安全将儿童乘员牢牢地约束住，防止儿童乘员从CRS中挣脱。安全座椅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头部的保护作用。

4 儿童损伤评价分析

目前，所有法规中，只有ECE R129在侧面滑台试验中对Q1.5岁儿童的评价指标作出规定，且只评价头部损伤，上颈部Fz和Mx仅采数据以观察和监控。头部损伤指标分别为头部HIC15和3ms累计加速度，相应的损伤容限为600和75g。

10次实车碰撞试验中，儿童乘员头部HIC15的最大值为277，为损伤限值的46%。而3ms累计加速度为58.3g，为损伤限值的77.7%。从数据和视频可知，目前，1.5岁儿童乘员的头部存在较小的受伤风险。

东盟NCAP正碰试验中，1.5岁儿童上颈部拉力Fz的损伤扣分点为1.7kN。本研究中采集上颈部拉力Fz的最大值为0.62 kN，为扣分点的36.5%。上颈部Mx的数值比较小。所以车辆对Q1.5儿童乘员的颈部起到一个较好的保护作用。

东盟NCAP正碰试验中，1.5岁儿童胸部3ms累计加速度的扣分点为41g，损伤限值为55g。10次试验中，有2次试验的数值达到扣分点，其中1次试验的数值超过损伤限值。所以1.5岁儿童胸部儿童的胸部受伤的风险较大，应对胸部进行评价。

侧面碰撞法规中，没有1.5岁儿童乘员腹部的相关评价，从高速摄像分析中可得知，车辆侧面收到撞击时，车门变形，车门扶手冲击儿童座椅基座，直接将力传递到1.5岁儿童乘员骨盆。10试验中，骨盆采集的数据的最大值为89.3g，数值较大，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，能有效地降低儿童乘员受伤的风险。

从Q1.5儿童假人采集的数据分析，目前市场上的车辆对1.5岁儿童乘员颈部的保护比较好，头部存在较小的损伤风险，而胸部和骨盆有较大的受伤风险。应加强对1.5儿童乘员的头部、胸部和腹部进行评价，以有效保护儿童假人。

从车型上看，车内空间越大，对儿童乘员的保护越好。

参考文献：

[1]杨阳.基于汽车侧面碰撞的3岁儿童乘员损伤防护研究[D].厦门：厦门理工学院，2016：1-12.

[2]MeNeill A，Holzner M， Schoeneburg R，et al. Current worldwide Side Impact Activities–Divergence Vbrsus Harmonisation and the Possible Effect on Future Car Design[C].19th International Technical Conference on the Enhanced Safety of Vehicles. Washington DC： [s.n.]，2005：5-77.

[3]Q Wang，T K apoor，M Tot. Child restraint seat design cons iderations to mitigate injuries to three-year-old children in side impact crashes[J]. International Journal of Crashworthiness.2012：1-3.

[4]Arbogast A B，Yoganandan G，Menon RA，et a1. Field Invest igation of Child Restraint Systems in Side Impact Crashes[J]. Traffic Injury Prevention，2005（6）：351- 360.

[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.