孙振东;刘玉光
【摘 要】The test method and evaluation criteria of rear seat occupant dummy injury in frontal crash are presented. By analyzing the results of ten vehicles in frontal crash test, the injury characteristics of head, chest and femur of rear seat occupant are obtained.%提出了正面碰撞中后排乘员假人伤害的试验方法和评价指标.通过分析10个车型正面碰撞试验结果,得出了正面碰撞中后排乘员头部、胸部和大腿等部位的伤害特性.
【期刊名称】《汽车工程》
【年(卷),期】2011(033)008
【总页数】5页(P664-668)
【关键词】汽车;正面碰撞试验;后排乘员;AF05女性假人;伤害指标
【作 者】孙振东;刘玉光
【作者单位】中国汽车技术研究中心,天津300162;中国汽车技术研究中心,天津300162
【正文语种】中 文
前言
汽车后排座位不像前排有安全气囊等众多的安全配置，且后排乘员安全带佩戴率较低，因此后排乘员的安全性往往得不到保障。发生事故时，后排乘员受伤甚至死亡的事例屡见不鲜［1］。国内外现有的汽车正面碰撞试验法规和标准，主要基于在碰撞过程中对驾驶员和前排外侧乘员的保护，对后排乘员的伤害特性和保护的要求和规定较少。在欧洲，后排乘坐儿童的几率较高，因此Euro NCAP碰撞试验中在后排放置了两个固定在儿童座椅内的儿童假人，对后排儿童乘车安全提出了要求。美国现有的法规没有要求在后排放置假人对约束系统进行动态测试，同时也不要求后排中间座位必须配备3点式安全带。但IIHS在侧碰试验车辆后排放置了5百分位女性假人，NHTSA也计划在碰撞试验中增加后排假人。日本自2008年6月开始，新的道路交通法规要求行车时后排乘员必须佩戴安全带。日本国土交通省与NASVA(汽车事故对策机构)也开始研究将后排乘员安全性试验导入J-NCAP，在现有的偏置碰撞试验项目中在后排增加一个HybridⅢ5百分位女性假人，对后排乘员约束系统、车身结
构等进行综合评价［2］。
本文中通过在100%正面刚性壁障试验(100%FFRB)和40%偏置可变形壁障试验(40%ODB)这两种典型正面碰撞试验形态中，在后排座位安放混合Ⅲ型第5百分位女性假人(AF05)，研究和分析后排乘员的伤害特性。为我国建立汽车后排乘员的安全性法规和标准进行了有益的探索。
1 后排乘员伤害的相关性分析
1.1 后排假人的安放和设定方法
国际上对后排座位安放混合Ⅲ型第5百分位女性假人(AF05)的试验研究，主要集中在美国、日本和加拿大等几个研究机构，如表1所示［3-4］。
汽车座位调整从表1中可以看出，正面100%FFRB碰撞试验中AF05假人放置在乘员侧后排的座位上;正面40%ODB碰撞试验中，撞击侧为驾驶员侧，所以AF05假人放置在驾驶员侧后排的座位上，是对后排乘员造成伤害最为严重的位置。
表1 相关研究试验项目的汇总
对美国 NHTSA、加拿大 TC、日本 NASVA等对假人在后排座位上的设定方法的研究，提出了AF05假人设定方案(见图1):(a)由于大多数车辆后排座位的靠背角不可调，假人放置于后排座位时身体发生后倾，所以要尽可能使头部传感器安装平面接近水平状态，偏离角度控制在2.5°以内;(b)假人的上躯干应紧靠座椅靠背，假人的对称面应铅垂并平行于车辆纵向中心线，且与座椅的纵向中心线重合;(c)假人骨盆角度与水平面所成的夹角20°±2.5°;(d)假人小腿与大腿呈90°角，双腿膝部U形凸缘外表面的距离为160～170mm(见图2);(e)假人上臂与座椅靠背及躯干两侧相接触;(f)假人手掌与大腿的外侧相接触，小手指应接触到座垫［5］。AF05假人约束系统使用成年乘员用三点式安全带，腰带要靠下围绕骨盆，肩带定位于颈部与肩部外侧的中心，如图2所示。
图1 AF05假人设定图
图2 AF05假人约束系统位置图
1.2 后排混合Ⅲ型第5百分位女性假人伤害指标及限值的确定
对于伤害指标的评价，国际标准中只有美国FMVSS 208法规规定了处于前排座位的AF05假
人的伤害指标限值。在AF05假人头部质心安装三轴向加速度传感器，胸部安装位移传感器，大腿压缩力传感器，如图3所示。借用FMVSS208对前排AF05假人伤害指标的规定［6］，作为后排AF05假人的评价指标:
图3 AF05假人传感器安装示意图
(1)AF05假人头部指标:HIC15≤700;
(2)AF05假人胸部变形指标:ThPC≤52mm;
(3)AF05假人大腿力指标:FPC≤6.8kN。
2 试验方法
根据文中上述研究，建立如下的试验方法，如图4所示。表2给出了正面碰撞的试验方法，以及后排假人的安放位置。后排假人的评价指标，按1.2节的要求进行评价。在这两种典型正面碰撞试验形式下，分别进行了10个车型、共计20辆车的碰撞试验。这10个车型均为5座轿车，试验车总质量在980～1980kg之间。
图4 正面碰撞试验示意图
表2 正面碰撞试验方法列表
3 试验结果及分析
3.1 后排假人头部HIC值和加速度分析
假人头部HIC15≤700作为评价指标。图5为100%FFRB和40%ODB假人头部HIC值的对比，由图可见，40%ODB试验中假人头部HIC的符合率达到60%，而100%FFRB试验中假人头部HIC的符合率仅有20%，100%FFRB假人头部HIC的平均值为1002，40%ODB假人头部HIC的平均值为700，这两种碰撞方式假人头部HIC总的平均值为851，后排假人头部伤害较为严重，伤害指数为1。
图5 100%FFRB和40%ODB假人头部HIC值比较
车型8在100%FFRB碰撞试验中，安全带失效致使假人撞击前排座椅刚性骨架，所以HIC值最大。
图6为100%FFRB和40%ODB假人头部x向加速度曲线。由图可见，在前150ms，100%FFRB假人头部x向加速度主要分布于45～50g，40%ODB假人头部x向加速度主要分布于30～40g。在150～250ms，3个车型的反向加速度较大，通过对高速图像分析，发现假人处于反弹过程中，由于女性假人身材较小，所以女性假人从后排成人安全带中完全滑出，假人头部撞击到后门车窗上，可见在汽车碰撞反弹过程中，也会造成假人头部致命伤害。
女性假人与前排同侧混合Ⅲ型第50百分位男性假人头部3个方向的加速度对比如图7所示。由图可见，女性假人头部波峰出现时刻滞后于前排假人。这与碰撞能量的传递路线相关，前后排假人头部惯性导致的时间差，使女性假人头部z向加速度高于前排假人。前排安全气囊的保护，使驾驶员假人头部z向加速度值有明显的“削尖”过程，安全气囊限制了假人头部在z方向的运动;后排女性假人头部与C柱上边框间碰撞形成的z向脉冲会对头部造成很大的伤害，根据高速图像数据分析，主要是处于反弹过程中女性假人因身材较小，从后排成人安全带中滑出所造成的。
图6 100%FFRB和40%ODB假人头部x向加速度曲线
图7 女性假人与前排男性假人头部加速度比较图
3.2 假人胸部变形分析
假人胸部压缩变形≤52mm作为评价指标，图8为100%FFRB和40%ODB假人胸部变形的对比，由图可见，40%ODB假人胸部压缩变形的符合率达到100%;100%FFRB假人胸部压缩变形的符合率是90%，100%FFRB试验中只有车型5超标，胸部变形量为52.5mm。100%FFRB假人胸部变形的平均值为39.8mm，40%ODB假人胸部变形的平均值为31.8mm，这两种碰撞方式假人胸部变形总的平均值为35.8mm，后排假人胸部伤害相对较小，伤害指数为0.68。
图8 100%FFRB和40%ODB假人胸部变形比较
3.3 假人大腿力分析
假人大腿力≤6.8kN作为评价指标，图9为100%FFRB和40%ODB假人大腿力的对比，由图可见，40%ODB和100%FFRB试验中后排假人大腿力指标符合率均达到100%，且10个车型的后排假人左右大腿力指标均小于限值指标的50%(3.4kN)，可见在正面典型碰撞试验中，后排假人大腿伤害最小。主要是由于前排座椅的纵向行程处于中间位置，后排乘员假人的乘坐空
间相对较大，在碰撞过程中假人大腿没有与车内刚性结构的内饰相接触，所以后排假人大腿的伤害指标最小。
图9 100%FFRB和40%ODB假人大腿力的比较
4 讨论
从上述10个车型的正面碰撞试验中后排假人伤害指标的结果可以看出，后排假人头部伤害最为严重。从碰撞试验过程的高速图像来观察后排乘员假人的运动过程，从中发现:后排假人躯干极度弯曲，头部撞击到大腿上;后排假人的下潜运动，使肩带的约束功能部分失效;虽然AF05假人的腹部没有伤害评价指标，但是在碰撞过程中，后排假人安全带腰带侵入假人腹部，致使AF05假人的肚囊断裂损坏，可见后排假人的腹部伤害也较严重。分析产生上述现象的原因，对于后排假人没有气囊来限制头部的运动，约束系统的性能将直接影响头部的伤害指标，后排座椅多为传统普通的三点紧急锁止式安全带，安全带固定点位置也是基于成年男性假人，即混合Ⅲ型第50百分位男性假人身材所设计，而AF05假人站姿高1501mm，坐姿高787mm，后排传统普通安全带不适合AF05假人身材，安全带腰带无法保持在假人骨盆区域。为改善后排假人的伤害指标，提出如下改进措施:
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