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汽車鞭打試驗-追尾碰撞中乘員頸部保護評價方法簡介

2019-11-14 20:31:38·  來源：上汽安全與CAE技術(shù)  
　
何為Whiplash（鞭打）？鞭打傷害是指在追尾事故中，被碰撞車輛的駕駛員、乘員在碰撞加速度與頭部慣性力的共同作用下，頸部會產(chǎn)生一個像鞭子猛抽的動作。事故后，
何為Whiplash（鞭打）？

鞭打傷害是指在追尾事故中，被碰撞車輛的駕駛員、乘員在碰撞加速度與頭部慣性力的共同作用下，頸部會產(chǎn)生一個像鞭子猛抽的動作。事故后，傷者的頸部會感到不同程度的不適，這種傷害并不致命，但是傷后康復(fù)的過程非常復(fù)雜、漫長，有些甚至是不可治愈的永久傷害。

根據(jù)EURO-NCAP的鞭打危險性的測試方法：

測試中并沒有使用整車碰撞，而是采用該測試車的座椅結(jié)構(gòu)，并安裝于滑槽上，測試假人按照標準位置坐在座椅上，通過已知的追尾 加速度-時間 數(shù)據(jù)通過測試臺模擬，最后通過頸部傳感器的數(shù)據(jù)，進行鞭打危險性判定。
 
在安全性測試中，有不同形式的正面碰撞和側(cè)面碰撞，用以模擬真實世界中各種交通事故，但有一種事故形式卻被忽視，即低速后碰撞，發(fā)生率很高，但傷亡少，從而未受到重視。
 
但近些年的事故統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，在低速后碰撞中，鞭打（Whiplash）傷害的發(fā)生率極高，即被碰撞車輛中的乘員在碰撞加速度與頭部慣性力的共同作用下，頸部產(chǎn)生一個像鞭子猛抽的動作，對人頸部產(chǎn)生嚴重的損傷，癥狀可能維持超過6個月，損失平均8周的工作，雖不致命，卻因其傷后康復(fù)復(fù)雜漫長的過程，有些甚至是不可治愈的永久傷害，給傷者個人和社會帶來越來越嚴重的負擔(dān)。
汽車座椅系統(tǒng)是汽車內(nèi)部最重要的被動安全系統(tǒng)，通過對座椅結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計，可避免或降低車內(nèi)乘員因低速后碰撞中所導(dǎo)致的鞭打傷害，如今全球很多組織都在研究評估座椅的動態(tài)頸部損傷保護特性，比如：IIWPG-國際防止頸部鞭抽損傷保護組織，IIHS-美國高速公路安全保險協(xié)會，Euro-NCAP-歐洲新車評估草案，F(xiàn)MVSS-美國聯(lián)邦機動車安全標準等。
 
我國于2012年將座椅鞭打試驗正式引入《C-NCAP管理規(guī)則》，目前已經(jīng)發(fā)展到2018年版。本文以2018年版的C-NACP為例，對座椅鞭打試驗的整體流程進行初步解析。
 
2018年版的C-NACP中，座椅鞭打試驗將試驗車輛駕駛員側(cè)座椅及約束系統(tǒng)仿照原車結(jié)構(gòu)，固定安裝在移動滑車上，滑車以速度變化量為（20.0±1.0）km/h 的特定加速度波形發(fā)射，模擬后碰撞過程。座椅上放置BioRID II 型假人，通過測量后碰撞過程中頸部受到的傷害情況，用以評價車輛座椅頭枕對乘員頸部的保護效果。試驗內(nèi)容分為兩個方面：靜態(tài)測量和動態(tài)試驗。
1.靜態(tài)測量
靜態(tài)測量的目標是獲得三個值：H點，頭后間隙，頭枕高度。具體步驟如下：
第一步：上工裝。將按照實車座椅的安裝角度位置等參數(shù)，制作座椅工裝，安裝到滑臺上，并根據(jù)實車情況，調(diào)整踏板高度和前后，以滿足足跟點及足尖的放置要求。
 
第二步：上座椅。根據(jù)法規(guī)要求，調(diào)整座椅的前后，上下，腰撐，扶手等內(nèi)容，初步調(diào)整座椅靠背。
第三步：上HPM+HRMD裝置。在上HPM裝置前，需先在座椅上鋪一層棉布料，隨后采用HPM的操作流程，進行軀干角和H點的定位。最后，安裝HRMD，一定要保證HRMD的水平方向，測量出頭后間隙和頭枕高度。
如上操作，重復(fù)3次，靜態(tài)測量結(jié)束，取三次平均值，下面進行動態(tài)試驗。
2.動態(tài)試驗
動態(tài)試驗的目標是計算此座椅在鞭打試驗中的得分情況，具體評價指標如下表：
頭枕干涉頭部空間在靜態(tài)測量時已經(jīng)可以得出結(jié)論，那其他多項指標從何而來呢？就不得不提到我們碰撞試驗中常用的兩大法寶：假人和高速攝像。
一：假人
鞭打假人-Bio RID II（Biofidelic Rear Impact Dummy），由瑞典Götenburg科技大學(xué)研發(fā)，專門用來檢查座椅和頭枕在后碰時的表現(xiàn)。
Bio RID II假人的頸部和脊柱骨單獨設(shè)計，手臂和腿沿用了Hybrid III 50th的零部件，頭部是改進Hybrid III 50th假人頭部而成，通過攜帶的傳感器采集假人的各部位參數(shù)，進行傷害計算。
那假人要以何種姿態(tài)來坐到我們的座椅上呢？怎么才能保證結(jié)果的可靠性和一致呢？這時候，就需要我們靜態(tài)測量的數(shù)據(jù)，來支持我們的假人定位工作了。如下表和下圖所示。
 
為了保證假人在動態(tài)試驗中不脫出，假人架設(shè)完畢后，需要確定三點式安全帶的相對位置：下圖中表明了三點式安全帶的固定點位置，K是上固定點位置，A、B是兩個下固定點位置。公差運行范圍為50mm。若安全帶如果沒有特殊針對后碰的設(shè)計，那么使用試驗室提供的安全帶。
二：高速攝像
整個鞭打試驗只有短短的幾百毫秒，靠肉眼或者24幀/秒的常規(guī)拍攝是無法觀測到的，這時候就需要我們的高速攝像，高速攝像機的拍攝速度能達到100幀/秒-10000幀/秒，可以記錄整個試驗過程，包括假人的運動姿態(tài)，座椅的運行軌跡等，為車輛的安全開發(fā)提供影像資料。
 
在此項試驗中，需2個高速攝像機，其記錄速度為1000fps。第一視角錄像機記錄從T0至300ms時間段內(nèi)的假人所有運動過程。第二視角錄像機記錄從T0至300ms時間段內(nèi)的假人頭部和頸部的運動過程。
由于得到整個試驗過程的假人和座椅的運動路線，并經(jīng)過專業(yè)的圖像分析軟件，計算出評價指標里所需要的座椅靠背角動態(tài)張角以及滑軌動態(tài)位移。
 
 
至此我們2018年版C-NACP中整個座椅鞭打試驗完成，當(dāng)然還有很多其他的法規(guī)如Euro-NCAP，IIHS，C-IASI等都有鞭打試驗，在試驗細節(jié)及評價指標中略有不同，具體可見下表：
隨著安全要求的提高，安全規(guī)程的完善，鞭打試驗將不僅限于前排乘員，也會延伸到后排乘員，提供全方位的安全防護。
僅僅按照規(guī)程完成一系列的鞭打試驗容易，怎樣利用試驗數(shù)據(jù)及各項資源，推進汽車座椅系統(tǒng)的安全開發(fā)，更好的保護乘車人員，依然任重而道遠。 
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