兒童Q、P假人在C-NCAP-CRS碰撞試驗中各評價指標對比分析

杜北華婁磊王明星

（1.長春富維安道拓汽車飾件系統有限公司，長春 130033;2.中國汽車技術研究中心，天津 300300）

兒童Q、P假人在C-NCAP-CRS碰撞試驗中各評價指標對比分析

杜北華1婁磊2王明星1

（1.長春富維安道拓汽車飾件系統有限公司，長春 130033;2.中國汽車技術研究中心，天津 300300）

兒童假人是兒童約束系統(CRS)測試中非常重要的試驗設備，最新開發的Q系列兒童假人具有更好的重復性、穩定性和生物逼真度，損傷評估能力高且能夠分別進行正碰、后碰和側碰試驗，是目前最先進的兒童假人?，F行的中國標準GB27887—2011與C-NCAP均采用P假人進行碰撞試驗，為實現Q假人完全替代P假人，針對兒童Q、P假人在C-NCAPCRS碰撞試驗中各評價指標進行了對比分析，得到了各評價指標Q/P換算關系，為Q假人替代P假人提供了理論基礎。

1 前言

目前，全球共有4種“兒童假人家族”用于整車及兒童座椅的開發，即P系列假人、Q系列假人、CRABI假人和HIII假人。美國法規要求采用CRABI假人和HIII假人；歐洲標準ECE R44《關于批準動力驅動車輛上兒童乘客座椅約束裝置的統一規定》要求采用P系列假人[1]；歐洲標準ECE R129《增強的兒童約束系統》要求采用Q系列假人[2]。各系列兒童假人之間有著較大的差異，比較而言，最新開發的Q系列兒童假人具有更好的重復性、穩定性和生物逼真度，損傷評估能力強，是目前最先進的兒童假人。

歐洲經濟委員會要求從2013年6月起使用ECE R129逐步替代ECE R44,即在歐洲使用Q假人逐步替代P假人[3]，此外EuroNCAP（歐盟新車認證程序/中心）也于2016年開始全面使用Q假人進行整車動態試驗[4]?，F行的中國標準GB27887—2011《機動車兒童乘員用約束系統》完全采用ECE R44（修訂本2）的內容，其與C-NCAP《兒童約束系統（CRS）產品評價規則》（2014年版）同樣采用P假人做碰撞試驗。為實現標準GB27887及C-NCAP使用Q假人替代P假人，本文通過試驗對比分析了在C-NCAP相同碰撞工況條件下Q假人與P假人的各評價指標（傷害值），得到了兩種假人各評價指標的換算關系，為Q假人替代P假人提供了理論基礎。

2 P假人與Q假人的區別

第1個P3假人產生于1974年，它的本質是一個承載裝置，只擁有正確的人體尺寸和人體重量，并不能滿足于目前對生物仿真度的要求，僅能用于正面碰撞和后面碰撞試驗，如圖1所示。隨著科技的發展，人們獲得了更多的生物仿真數據，基于這些數據，1997年開發出了第1個Q3假人。與P假人相比，Q假人采用了最新的人體測量學數據庫（CANDAT）中的數據，因此Q假人的分段重量和主要尺寸與P假人的有所不同，最重要的是Q假人采用了最新的生物仿真學數據，不僅可用于正面碰撞和后面碰撞試驗，還可用于側面碰撞試驗[5]，如圖2所示。

圖1 P假人家族（P10、P0、P3、P3/4）示意

圖2 Q假人家族（Q1.5、Q3、Q0、Q6、Q1）示意

3 嬰兒用兒童座椅裝載P、Q假人在正面和后面碰撞試驗中各評價指標的數據對比

將8種不同型號的嬰兒用兒童座椅分別裝載P1.5（1.5歲）假人和Q1.5假人，按照C-NCAP中規定的試驗方法，在相同工況條件下分別進行16次正面碰撞試驗和16次后面碰撞試驗。

3.1 正面碰撞試驗中假人頭部移動量數據對比

在相同正面碰撞工況下，分別測得同一型號兒童座椅中裝載的Q1.5假人和P1.5假人的頭部移動量，然后根據頭部位移量在建立的直角坐標系中找對應點，以此類推，在直角坐標系中可標出其它所有型號兒童座椅裝載Q1.5假人和P1.5假人時頭部移動量的對應點。將標出的所有對應點按照EEVC推薦的線性回歸（Logistic Regression）計算方法進行計算[6]，就可得到回歸曲線LR（以下均采用與此相同的試驗方法和計算方法）。圖3為6種型號座椅裝載假人時頭部移動量的對應點。該曲線的斜率K=1.304 5,按統計的方法宏觀分析表明，相同工況下Q1.5假人的頭部移動量是P1.5假人的1.304 5倍。該斜率主要是由P、Q假人的結構差異造成的，因P假人整體更加柔性，在嬰兒座椅后向安裝正面碰撞過程中，腿部和手臂擺動更明顯，分散了一部分動量，導致軀干和頭部移動量偏低，相應地Q假人則整體性較強，導致軀干頭部移動量較大。

圖3 嬰兒組正面碰撞試驗中假人頭部移動量RL曲線

3.2 正面碰撞試驗中假人頭部3 ms加速度數據對比

通過對正面碰撞試驗后假人頭部3 ms加速度數據的統計計算，得到如圖4所示的回歸曲線，該曲線的斜率K=1.002 2,表明相同工況下Q1.5假人的頭部3 ms加速度是P1.5假人的1.002 2倍，基本保持相等。

圖4 嬰兒組正面碰撞試驗中假人頭部3 ms加速度RL曲線

3.3 正面碰撞試驗中假人頸部Z向張力數據對比

通過對正面碰撞試驗后假人頸部Z向張力數據的統計計算，得到如圖5所示的回歸曲線，該曲線的斜率K=0.585 1，表明相同工況下Q1.5假人的頸部張力是P1.5假人的0.585 1倍。

實際上，P假人并沒有頸部載荷傳感器，其頸部Z向張力載荷是用頭部Z向加速度與頭部質量的乘積做替代。在嬰兒座椅反向安裝情況下，頭部加速度是由頸部力和靠背對頭部的支撐力及摩擦力的合力生成的，因此利用P假人頭部加速度乘以頭部質量換算所得的頸部張力包含了摩擦力部分，這導致P假人該數據結果較大。

圖5 嬰兒組正面碰撞試驗中假人頸部張力RL曲線

3.4 正面碰撞試驗中假人胸部3 ms加速度數據對比

通過對正面碰撞試驗后假人胸部3 ms加速度數據的統計計算，得到如圖6所示（7種型號座椅）的回歸曲線，該曲線的斜率K=0.861 2,表明相同工況下Q1.5假人的胸部3 ms加速度是P1.5假人的0.861 2倍。與頭部移動量分析同理，因P假人身體柔軟，碰撞時軀干受到兒童座椅安全帶的約束不能運動，而四肢未受到約束，這導致軀干的等效質量較小，胸部3 ms加速度較大。

圖6 嬰兒組正面碰撞試驗中假人胸部3 ms加速度RL曲線

3.5 后面碰撞試驗中假人頭部移動量數據對比

通過對后面碰撞試驗中假人頭部移動量數據的統計計算，得到如圖7所示（7種型號座椅）的回歸曲線，該曲線的斜率K=1.081 9,表明相同工況下Q1.5假人的頭部移動量是P1.5假人的1.081 9倍。在嬰兒坐椅反向安裝情況下，P1.5假人的頭部移動量為Z向移動量絕對值，其產生過程為：假人由于慣性向車身后部移動，受到座椅坐墊的支撐后，軀干和頭部繞髖關節向車身前部轉動，頭部不斷地升高；同時由于假人的軀干受到座椅安全帶的約束，阻止軀干帶動頭部的轉動和升高。由此可知，整個運動過程復雜，影響頭部移動量的因素較多。從試驗結果可知，P1.5假人和Q1.5假人在后向安裝后面碰撞工況下的K值與正面碰撞時的頭部移動量的K值相似。

圖7 嬰兒組后面碰撞試驗中假人頭部移動量RL曲線

3.6 后面碰撞試驗中假人頭部3 ms加速度數據對比

通過對后面碰撞試驗后假人頭部3 ms加速度數據的統計計算，得到如圖8所示（7種型號座椅）的回歸曲線，該曲線的斜率K=0.772 6,表明相同工況下Q1.5假人的頭部3 ms加速度是P1.5假人的0.772 6倍。與正面碰撞不同，在正面碰撞中假人頭部受靠背支撐，但在后面碰撞中假人軀干受座椅安全帶約束，頭部進行鞭甩動作，因此頭部加速度受假人差異影響更加明顯。

圖8 嬰兒組后面碰撞試驗中假人頭部3 ms加速度RL曲線

3.7 后面碰撞試驗中假人頸部Z向張力數據對比

通過對后面碰撞試驗后假人頸部3 ms加速度數據的統計計算，得到如圖9所示（7種型號座椅）的回歸曲線，該曲線的斜率K=0.596 1,表明相同工況下Q1.5假人的頸部張力是P1.5假人的0.596 1倍，原因分析與正面碰撞嬰兒頸部張力相同。

3.8 后面碰撞試驗中假人胸部3 ms加速度數據對比

通過對后面碰撞試驗后假人胸部3 ms加速度數據的統計計算，得到如圖10所示（6種型號座椅）的回歸曲線，該曲線的斜率K=1.129 9,表明相同工況下Q1.5假人的胸部3 ms加速度是P1.5假人的1.129 9倍。

圖9 嬰兒組后面碰撞試驗中假人頸部張力RL曲線

圖10 嬰兒組后面碰撞試驗中假人胸部3 ms加速度RL曲線

4 幼兒用兒童座椅裝載P、Q假人在正碰試驗中各評價指標的數據對比

將5種不同型號的幼兒用兒童座椅分別裝載P3/4（9個月）假人、P3（3歲）假人和Q1（1歲，Q系列假人中沒有對應的9個月大假人）假人、Q3（3歲）假人,按照CNCAP《兒童約束系統評價規則》中正面碰撞的試驗方法，在相同工況下進行20次正面碰撞試驗。

4.1 P3/4假人、Q1假人頭部移動量數據對比

通過對正面碰撞試驗后假人頭部移動量數據的統計計算，得到如圖11所示的回歸曲線，該曲線的斜率K=0.957 5,表明相同工況下Q1假人的頭部移動量是P3/4假人的0.957 5倍。

圖11 幼兒組正面碰撞試驗中假人頭部移動量RL曲線

4.2 P3/4假人、Q1假人頭部3 ms加速度數據對比

通過對正面碰撞試驗后假人頭部3 ms加速度數據的統計計算，得到如圖12所示的回歸曲線，該曲線的斜率K=0.998 2,表明相同工況下Q1假人的正面碰撞頭部3 ms加速度是P3/4假人正碰頭部3 ms加速度的0.998 2倍。

圖12 幼兒組正面碰撞試驗中假人頭部3 ms加速度RL曲線

4.3 P3/4、Q1假人頸部Z向張力數據對比

通過對正面碰撞試驗后假人頸部Z向張力數據的統計計算，得到如圖13所示的回歸曲線，該曲線斜率K=1.099 4,表明相同工況下Q1假人的頸部張力是P3/4假人的1.099 4倍。

圖13 幼兒組正面碰撞試驗中假人頸部張力RL曲線

4.4 P3/4、Q1假人胸部3 ms加速度數據對比

通過對正面碰撞試驗后假人胸部3 ms加速度數據的統計計算，得到如圖14所示的回歸曲線，該曲線的斜率K=0.890 9,表明相同工況下Q1假人的胸部3 ms加速度是P3/4假人的0.890 9倍。

4.5 P3、Q3假人頭部移動量數據對比

通過對正面碰撞試驗后假人頭部移動量數據的統計計算，得到如圖15所示的回歸曲線，該曲線的斜率K=1.039 7,表明相同工況下Q3假人的頭部移動量是P3假人的1.0397倍。

4.6 P3、Q3假人頭部3ms加速度數據對比

通過對正面碰撞試驗后假人頭部3ms加速度數據的統計計算，得到如圖16所示的回歸曲線，該曲線的斜率K=1.141,表明相同工況下Q3假人的頭部3 ms加速度是P3假人的1.141倍。

圖14 幼兒組正面碰撞試驗中假人胸部3 ms加速度RL曲線

圖15 幼兒組正面碰撞試驗中假人頭部移動量RL曲線

圖16 幼兒組正面碰撞試驗中假人頭部3 ms加速度RL曲線

4.7 P3、Q3假人頸部Z向張力數據對比

通過對正面碰撞試驗后假人頸部Z向張力數據的統計計算，得到如圖17所示的回歸曲線，該曲線的斜率K=1.405 3,表明相同工況下Q3假人的頸部張力是P3假人的1.405 3倍。

4.8 P3、Q3假人胸部3 ms加速度數據對比

通過對正面碰撞試驗后假人胸部3 ms加速度數據的統計計算，得到如圖18所示的回歸曲線，該曲線的斜率K=0.977 4,表明相同工況下Q3假人的胸部3 ms加速度是P3假人的0.977 4倍。

圖17 幼兒組正面碰撞試驗中假人頸部張力RL曲線

圖18 幼兒組正面碰撞試驗中假人胸部3 ms加速度RL曲線

4.9 幼兒組試驗數據分析

從幼兒組試驗數據可知，在相同正撞工況下，P3/4假人與Q1假人在頭部移動量、頭部3 ms加速度、頸部Z向張力、胸部3 ms加速度方面對應的斜率K在0.89～1.09之間，說明數據整體相近；同樣，P3假人與Q3假人在頭部移動量、頭部3 ms加速度、胸部3 ms加速度方面對應的斜率K在0.97～1.14之間，說明數據整體相近，僅頸部Z向張力對應的斜率K=1.4，數值差異較大，這是由于P3假人頭頸部是鉸接連接，碰撞過程中頭部會繞鉸接點轉動，而轉動后P3假人頭部Z向加速度會被分解，其換算的頸部載荷也會隨之降低，因此與Q3假人的頸部Z向張力差距較大。Q1假人與P3/4假人的頸部Z向張力對應K值為1.09，沒有較大的差異是由于P3/4假人頭部質量較小，由慣性力引起的轉動較小，因此沒有造成明顯差異。

5 學童用兒童座椅裝載P、Q假人在正面碰撞試驗中各評價指標的數據對比分析

將6種不同型號的學童用兒童座椅分別裝載P3（3歲）、P6（6歲）、P10（10歲）假人和Q3、Q6、Q10假人,按照C-NCAP《兒童約束系統評價規則》中正面碰撞試驗方法，在相同工況條件下進行36次正面碰撞試驗。

5.1 P3、Q3假人頭部3 ms加速度數據對比

通過對正面碰撞試驗后假人頭部3 ms加速度數據的統計計算，得到如圖19所示的回歸曲線，該曲線的斜率K=1.094 3,表明相同工況下Q3假人的頭部3 ms加速度是P3假人的1.094 3倍。

圖19 學童組正面碰撞試驗中假人頭部3 ms加速度RL曲線

5.2 P3、Q3假人頸部Z向張力數據對比

通過對正碰試驗后假人頸部Z向張力數據的統計計算，得到如圖20所示的回歸曲線，該曲線的斜率K=1.587 5,表明相同工況下，Q3假人的頸部張力是P3假人的1.587 5倍。

圖20 學童組正面碰撞試驗中假人頸部張力RL曲線

5.3 P3、Q3假人胸部3 ms加速度數據對比

通過對正碰試驗后假人胸部3 ms加速度數據的統計計算，得到如圖21所示的回歸曲線，該曲線的斜率K=0.887 5,表明相同工況下Q3假人的胸部3 ms加速度是P3假人的0.887 5倍。

圖21 學童組正面碰撞試驗中假人胸部3 ms加速度RL曲線

5.4 P6、Q6假人頭部3 ms加速度數據對比

通過對正面碰撞試驗后假人頭部3 ms加速度數據的統計計算，得到如圖22所示（3種型號座椅）的回歸曲線，該曲線的斜率K=0.926,表明相同工況下Q6假人的頭部3 ms加速度是P6假人的0.926倍。

圖22 學童組正面碰撞試驗中假人頭部3 ms加速度RL曲線

5.5 P6、Q6假人頸部Z向張力數據對比

通過對正面碰撞試驗后假人頸部Z向張力數據的統計計算，得到如圖23所示（3種型號座椅）的回歸曲線，該曲線的斜率K=1.148 6,表明相同工況下Q6假人的頸部張力是P6假人的1.148 6倍。

圖23 學童組正面碰撞試驗中假人頸部張力RL曲線

5.6 P6、Q6假人胸部3 ms加速度數據對比

通過對正面碰撞試驗后假人胸部3 ms加速度數據的統計計算，得到如圖24所示（3種型號座椅）的回歸曲線，該曲線的斜率K=0.810 1,表明相同工況下Q6假人的正碰胸部3 ms加速度是P6假人的0.810 1倍。

5.7 P10、Q10假人頭部3 ms加速度數據對比

通過對正碰試驗后假人頭部3 ms加速度數據的統計計算，得到如圖25所示的回歸曲線，該曲線的斜率K=1.511 8,表明相同工況下Q10假人的頭部3 ms加速度是P10假人的1.511 8倍。

5.8 P10、Q10假人頸部Z向張力數據對比

通過對正面碰撞試驗后假人頸部Z向張力數據的統計計算，得到如圖26所示的回歸曲線，該曲線的斜率K=2.694 8,表明相同工況下Q10假人的頸部張力是P10假人的2.694 8倍。

圖24 學童組正面碰撞試驗中假人胸部3 ms加速度RL曲線

圖25 學童組正面碰撞試驗中假人頭部3 ms加速度RL曲線

圖26 學童組正面碰撞試驗中假人頸部張力RL曲線

5.9 P10、Q10假人胸部3 ms加速度數據對比

通過對正碰試驗后假人胸部3 ms加速度數據的統計計算，得到如圖27所示的回歸曲線，該曲線的斜率K=0.851 5,表明相同工況下Q10假人的胸部3 ms加速度是P10假人的0.851 5倍。

5.10 學童組試驗數據分析

從學童組試驗數據可知，學童組中P3、Q3假人各參數對比的K值與幼兒組各參數對比的K值相近，因此可以互相佐證，即Q3假人試驗結果與P3假人的試驗結果相近，即在正面碰撞試驗中可以使用Q3假人替代P3假人。

圖27 學童組正面碰撞試驗中假人胸部3 ms加速度RL曲線

對于6歲假人，雖然其體型比3歲假人大一些，但其表現出的規律與3歲假人大一些，但Q6假人與P6假人各參數對比的K值與Q3假人與P3假人各參數對比的K值相近，說明在正面碰撞試驗中可以使用Q6假人替代P6假人。

對于10歲假人，Q10假人、P10假人的胸部3 ms加速度K值（K=0.8515）與Q3假人、P3假人胸部3ms加速度的K值（K=0.8875）幾乎相同，而Q10假的頭部3 ms加速度K值（K=1.5118）、頸部Z向張力K值（K=2.6948）與P10假人的差異較大。這表明雖然3歲、6歲、10歲假人體型不同，但是并沒有出現隨體型增大而K值逐步變化的趨勢，只是Q10假人、P10假人某些參數對比的K值（頭部3 ms加速度和頸部Z向張力）發生突變。

根據以上對比分析可知，同一工況下（C-NCAP正面碰撞和后面碰撞）Q假人與P假人各評價指標的Q/P換算關系如表1所列。由表1可知，除個別數值（Q10假人與P10假人頸部Z向載荷的K值和頭部3 ms加速度的K值）外，其它各評價指標的Q/P換算系數接近于1，即Q假人與P假人的評價數值接近。

表1 Q/P換算系數

6 結束語

本文以兒童Q假人與P假人為研究對象，基于有限元分析的方法，進行C-NCAP兒童約束系統評價規則的碰撞試驗，分別選取頭部移動量、頭部3 ms加速度、頸部Z向載荷、胸部3 ms加速度等參數，采用EEVC線性回歸的計算方法對在相同工況下Q假人與P假人的4個參數進行對比分析。結果表明，除個別數值外，其它的各評價指標Q/P換算系數接近于1，該結論可為后續CNCAP及標準GB27887使用Q假人完全替代P假人提供參考。

1 Economic Commission for Europe(ECE).Uniform provi?sions concerning the approval of restraining devices for child occupants of power-driven vehicles：Regulation No.44.

2 Economic Commission for Europe(ECE).Uniform provi?sions concerning the approval of enhanced child restraint systems used on board of motor vehicles：Regulation No.129.

3 楊斌，趙淑華等.歐洲最新兒童安全座椅標準ECE R129解讀.標準科學，2014（q）：79-83.

4 European new car assessment programme.Testing protocol -child occupant protection.Version 7.0 June 2015.

5 Child Safety,EEVC Working Group 18 Report.February 2006.

6 Q-dummies Repor,Advanced Child Dummies and Injury Criteria for Frontal Impact,Working Group 12 and 18 Re?port,Document No.514,April 2008.

（責任編輯 文 楫）

修改稿收到日期為2017年1月5日。

Comparison and Analysis of Evaluation Criterion about Children Q Dummy and P Dummy in C-NCAP-CRS Crash Test

Du Beihua1,Lou Lei2,Wang Mingxing3
（1.Changchun Faway Adient Automotive Systems Co.,Ltd,Changchun 130033;2.China Automotive Technology and Research Center,Tianjin 300300）

Child dummy is a very important test device of Child Restraint System(CRS)test,the latest development of Q-series child dummy has good repeatability,stability and biological fidelity,with high injury evaluation capability, which can be used in front,rear and side impact,Q-series is the most advanced child dummy so far.According to the prevailing China Standard GB27887—2011 and C-NCAP,P-series dummies are used in crash test.In order to substitute P-dummy with Q-dummy completely,evaluation criterion of Q-dummy and P-dummy in C-NCAP-CRS collision test were compared and analyzed,to obtain the conversion relation of evaluation criterion between Q-dummy and P-dummy,which provides theoretical basis to substitute P-dummy with Q-dummy.

Child dummy,Crash test,Evaluation criterion,C-NCAP-CRS

兒童假人 碰撞試驗 評價指標 C-NCAP-CRS

U463.99

A

1000-3703（2017）07-0025-08