汽车科技/AUTO SCI-TECH
2024年第1期doi:10.3969/j.issn.l005-2550.2021.01.015收稿日期：2020-07-01基于2024版和2045版C-NCAP的
李勋，李永刚，王庭槐，曾强，刘宏达
（国家汽车质量监督检验中心（襄阳），襄阳441004）
摘要：通过对比2015版和2021版C-NCAP鞭打试验评价规程和评分原则，总结了两个版本之间的异同点。搭载BioRID II假人模型对同一批次的某驾驶员座椅分别进行2015版和
2021版C-NCAP鞭打试验，并对比了在不同版本评价规程下试验后假人颈部的伤害情况，
出失分的主要因素，为厂家进行驾驶员座椅设计提供了相对应的改进措施，以提高某驾驶员
座椅在2021版C-NCAP鞭打试验部分的得分。
关键词：鞭打试验；C-NCAP；座椅；颈部伤害
中图分类号：U467文献标识码：A文章编号：1005-2550（2021）01-0075-07
The Comparative Analysis and Improvement of Driver's Seat
Whiplash Test Based on C-NCAP2021and C-NCAP2015
LI Xun,LI Yong-gang,WANG Ting-huai,ZENG Qiang,LIU Hong-da (National Automobile Quality Supervision and lest Center,Xiangyang441004,China)
Abstract:According to summarizing the differences and similarities of the C-NCAP2021 and C-NCAP2015whiplash test assessment rules and scoring principles,this paper used the
BioRID II dummy model to study the whiplash test of the same batch driver's seat,compared
with the neck injury of the C-NCAP2021and C-NCAP2015.The research found out the main
factors of losing points and provided the improvement measures for the driver5s seat design of
manufacturers in order to improve the whiplash test scores of driver,s seat based on C-NCAP
2021.
Key Words:Whiplash Test;C-neap;Seat;Neck Injury
李勋
毕业于重庆大学，工学硕士学位，现就职于国家汽车质量监督检验中心（襄阳），任责任工程师。主要研究方向：汽车安全试验研究。1引言
近年来，我国汽车行业发展迅速，汽车保有量持续上升。据统计，2019年底全国私人轿车保有量13701万辆，同比增加1112万辆叫这给城市交通带来巨大压力，道路交通事故也随之不断上升。我国道路交通事故死亡人数居高不下，连续数年居于世界首位％其中，最为常见的交通事故
基于2024版和20彳5版C-NCAP的某驾驶员座椅鞭打试验对比分析及改进
便是追尾碰撞事故，汽车追尾造成的死亡人数虽然在所有交通事故中占比小，但是因追尾受伤的人数却占很高的比例，追尾事故所引起的颈部损伤占比达到30%左右，且这一比例中的5%是致命性的％在车辆发生追尾的过程中，受到后车撞击的影响，前车驾乘人员的躯干加速向前运动，但头部因惯性作用会相对滞后，导致前车驾乘人员头部向后转动而造成颈部受伤，这类受伤的方式称为"挥鞭伤"(Whiplash Injury)[4]0挥鞭伤是道路交通事故中最为严重的次要性伤害，这种损伤将引起多种且持续时间较长的病症忆为了降低这种受伤的风险，C-NCAP在2012版中正式导人了鞭打试验。随后陆续出台了更为严格的2015版C-NCAP、2018版C-NCAP和2021版C-NCAP鞭打试验规程，2021版鞭打试验较2018版仅增加了第二排鞭打试验，其他试验方法均保持不变。2021版鞭打试验中的波形速度和波形脉宽较2015版均有提升，分数也由4分提高到5分。本文对比分析了同一批次驾驶员座椅在2021版和2015版鞭打试验下假人的颈部损伤情况，出了失分的主要因素，并对座椅结构进行了改进，改进后座椅的鞭打性能得到显著提升，为汽车座椅企业的座椅耐撞性蹄改进考。
22021版C-NCAP和2045版C-NCAP駆规程对比
按照试验要求将座椅、BioRIDII型假人、安全带固定在加速台车上以模拟追尾碰撞过程，试验后通过测量假人的颈部伤害指标来对座椅的鞭打性能进行评价。2015版和2021版鞭打试验总体评分表如表1所示，主要变化在于鞭打试验的总分由妙提高到5分，其中上颈部和下颈部得分分别增加0.5分，NIC得分不变，座椅靠背动态张角从19°放宽至25.5。o
对比2015版和2021版鞭打试验加速度波形曲线，主要有以下两点变化：第一，针对波形脉宽而言，2021版中鞭打试验的加速度波形脉宽为170ms，相对于2015版鞭打试验要求的150ms，波形脉宽增加了2(hns；第二，针对波形速度和波形持续时间而言，2021版中鞭打试验的速度变化量应控制在△V=20.0km/h±l.Okm/h，波形持续时间为AT=103ms土3ms问，相对于2015版鞭打试验要求控制在厶V=15.65km/h±0.8km/h，波形持续时间为△T=91ms±3m』]，速度增加了4.35km/h，波形持续时间增加了12ms。可以看出，2021版鞭打试验速度提升，持续时间增加，这就意味着鞭打试验的碰撞能量也提高了。鞭打试验得分比重增加，试验条件更加苛刻，这将对汽车座椅的鞭打性能设计提出更高的要求。
32021版C-NCAP和2015版C-NCAP鞍打试验结酚析
3.1座4致性确定
本次比对试验选用的座椅为同批次产品以保
表12015版、2021版鞭打试验总体评分表对比
指标高性能限值低性能限值2015版得分高性能限值低性能限值2021版得分NIC8m2/s230m2/s20~28m2/s230m2/s20~2上颈部Fx+340N730N0~l340N730N0-1.5上颈部Fz+475N1130N475N1130N
上颈部My12N•m40N■m12N-m40N■m
下颈部Fx+340N730N0~l340N730N0-1.5下颈部Fz+475N1480N475N1480N
下颈部My12N•m40N•m12N•m40N•m
座椅靠背动态张角M19。-2M25.5。-2
头枕干涉头部空间Y-2Y-2
座椅滑轨动态位移M20mm-4M20mm-5总分0~40~5
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2024年第4期
证试验结果的一致性。经静态测量后，从表2中可
知，座椅H点、假人骨盆角、头顶角、头后间隙、
头枕高度的偏差均在误差范围内，满足比对试验
的一致性要求。
表2假人设定要求
位置2015版
实测值
2021版
实测值
偏差
H点（X坐
标值）
979.26mm974.78mm 4.48mm H点（Z坐
标值）
372,54mm369,96mm 2.58mm 骨盆角26.9°27.1°0.2°
头顶角0.1°0.1。0°
头后间隙52mm49mm3mm
头枕高度-8mm-9mm1mm 3.2ISA伤害指标计算
假人颈部伤害评价指标主要分为颈部伤害指数NIC、上颈部载荷（Fx、Fz、My）和下颈部载荷（Fx、Fz、My）三大类，其中，颈部伤害指数NIC计算公式如式1所示：
W)=0.2&%)+[b(廿
(1)
式中,^（0为头、胸相对加速度，疔®为头、胸相对戦。
颈部剪切力Fx计算公式如式2所示:
（2）颈部拉力Fz讨算公式如式3所示:
Max馭“]
仏=揺負问］（3）上颈部扭矩My计算公式如式4所示：
My0C^u=Max\My0C（t^
My oc（t）=M严（0_D・F严（?）（4）
式中:D=0.01778m
下颈部扭矩皿砂公式如式5所示:
吻"勰严呦（5）3.3试验结果对比
按照2015版和2021版C-NCAP的试验要求分别进行鞭打试验，如图1所示。试验后假人颈部的各伤害指标对比如图2—图4所示。从图中可以看出，假人颈部各伤害指标（2021版）的试验值均超过2015版假人颈部各伤害指标。
图12015版和2021版01^人卩鞭打试验对比（从左
至右）
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图3上颈部伤害指标Fx、Fz、My对比
基于2024版和20彳5版C-NCAP 的某驾驶员座椅鞭打试验对比分析及改进
图4下颈部伤害指标Fx 、Fz 、My 对比假人颈部各伤害指标评分表如表3所示o
2015版C-NCAPW 打试验得分为3.03分（总分为
4分），在NIC 和上颈部扭矩皿虑两项分别扣掉 0.47分和0.5分；2021版C-NCAP 鞭打试验得分为
2.8分（总分为5分），NIC 、上颈部扭矩My 、下颈
部Fx 分别扣掉0.74分、1.21分、0.25分，该座椅在
2021版试验总分增加的情况下，得分却比2015版
还要低，可以看出，鞭打试验失分主要在NIC 和上
颈部扭矩My 这两项上。
表3假人颈部各伤害指标评分（2015版、2021版）
4座椅设计»^析
-
指标一蠶值
低性 能限2015
版试
验值
得
分
-得分R
Rn R 50
i
9
2O-
一上部一
E m —
H 265.1
nH H o
.01H 5
.212>
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40
:—
3
03
3.o
8z 为提高2021版鞭打试验的得分，需出NIC 和 上颈部扭矩My 的影响因素，才能提出改进措施。 下面主要分析NIC 、上颈部扭矩My 的影晌因素，从 而提出对应的改进措施，以减少失分。
4.1 NIC 的影响因素及改进
NIC 由头部和胸部T1加速度瓏，分为两个分
量：头胸相对加速度、头胸相对速度，如图5所
示。NIC 峰值为16.15，峰值出现在73ms，该时刻 头胸相对加速度为14.19，头胸相对速度为1.86。
NIC 值由假人头胸相对加速度决定，降低头胸相对
加速度是减少NIC 值最有效的方法。从图6中可以 看出，假人头部、胸部加速度的变化趋势基本相
同，胸部加速度呈上下波动趋势，而头部加速度
在80ms 处呈宜线上升，到120ms 达到最大，呈单峰 形式。在试验开始后，由于惯性假人相对于座椅
向后运动，胸部最先接触到靠背，开始挤压靠背
中的泡沫材料，胸部加速度随着泡沫材料的挤压
变形缓慢上升，直到无法发生形变后，与座椅刚 性接触，胸部加速度迅速上升，中间有所回落， 到73ms 后，座椅靠背无法抵御外力作用发生变形
导致靠背张角急剧增加，此时假人胸部加速度迅
速回落。在73ms 处，头部与头枕仍未接触，头部 加速度基本为0，此时的头胸部相对加速度达到最
大值，NIC 值也昨时达到峰值。
图5 NIC 、头胸相对速度、加速度
图6头部、胸部T1加速度、头胸相对加速度
可以通过以下途径降低NIC 值：第一，增加头 枕刚度，以增加头部加速度；第二，合理设计靠
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背泡洙材料、靠背骨架的刚度，以减少胸部加速 度；第三，设计合适的头后间隙，让假人头部提
前接触头枕，尽早产生头部加速度，从而使头、 胸相对加速度减少，一般头后间隙控制在20mm —
40mm，能够在NIC 值上减少失分。
4.2上颈部扭矩My 的影响因素
如图7所示，在试验过程中，座椅靠背张角在
120 ms 时达到峰值后座椅靠背保持不变，头和头
枕继续往后运动，在130ms 上颈部扭矩到达峰值后
靠背角逐渐变小，这意味着座椅开始回弹，上颈
部扭矩也随之减小。在座椅靠背保持不变后，由 于头枕和靠背上部刚度太弱，导致头部继续向后 运动，造成颈部过度伸张和弯曲，上颈部扭矩增
大从而影响了上颈部扭矩的得分。
图7假人上颈部扭矩My
可通过以下途径减少上颈部扭矩的失分：第 一，增加头枕或者靠背上部的刚度，这样可以有
效降低座椅变形对假人颈部弯曲所造成的影响；
第二，合理设计头枕高度，抑制头部过快向后旋 转，可有效降低上颈部扭矩。
4.3某座椅鞭打性能的改进
对座椅头枕弯折杆的弯曲角度进行调整，通
过减小弯曲角度以降低头后间隙，改进后的座椅 头枕如图8所示，经过静态测量后，从表4中可以
看出，头枕间隙由原来的49mni 减少为31mm，假 人头部将更快与头枕接触，从而有效降低颈部伤
害指标，提升座椅的鞭打性能。
表4改进后假人设定要求
汽车追尾位置
改进前改进后偏差
H 点（X 坐踪值）
974.78mm 97738mm 2<60mm
（z 臨值）
369,96mm 363.45mm 6,51mm 骨盆角27.1°26.8。0.3°头顶角
0.1°
0.3°
0.2°头后间隙49mm 31mm 18mm 头枕高度
-9mm
-22mm
13mm
对改进后的座椅按照2021版C-NCAP 的试验要
求进行鞭打试验，如图9所示。改进前后假人颈部 的各伤害指标对比如图10-图12所示。从表5可以 看出，改进后假人颈部NIC 值得分、上颈部得分、
下颈部得分均较改进前有所提升。进一步分析可
知，由于头后间隙的减少，头与头枕接触时刻由
83ms 提前到51.70ms，头部加速度提前产生，使得
头、胸相对加速度减少，NIC 值也由16-15降低为
13.50，得分由1.26±升为1.5盼。同时，上颈部 My 由34.60N.m 降低为30.90N，得分由0.29分增加为
0.49分，下颈部得分由1.25提升为1.5吩，总分由 2.80增加到3.49，改进效果明显。通过合理设计座
椅头枕的结构有效提升了该座椅鞭打试验性能。
图9座椅改进后2021版C-NCAP 鞭打试验
图10改进前后NIC 对比
图8改进后的座椅头枕
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