面向CRS的不同车型车门特征波形提取方法研究_徐哲.pdf

184 AUTO TIMETRAFFIC AND SAFETY|交通与安全面向 CRS 的不同车型车门特征波形提取方法研究徐哲郑玉玉高冠宇娄磊刘灿灿中汽研汽车检验中心（天津）有限公司 天津市 300300摘 要：侧面碰撞是造成儿童乘员伤亡的第二大主要原因，但是目前我国对于儿童约束系统并没有侧面碰撞法规或者评价方法。国外主流的测试方法仅能实现门板的平动和单一自由度侵入，不能模拟真实工况下车门不同部位的侵入情况。本文基于数据统计，面向 CRS 对车门进行了关键区域的位置划分，确定头部、胸部以及骨盆三个不同的关键侵入区域。同时，通过采集 14 款不同车型的车门的三个关键区域的加速度波形，提取出三个部位的特征波形以及其上下限值曲线。最后，进行试验验证，与 ECE R129 的测试方法进行比对，证明输入特征波形的测试方法合理可行，且能更真实的模拟出侧面碰撞中不同部位的侵入情况。本文的研究成果为我国儿童约束系统侧面碰撞法规或评价方法的制定提供参考，也对儿童约束系统产品的设计和改进具有一定的指导意义。关键词：侧面碰撞儿童约束系统车门位置划分特征波形车门侵入1前言交通事故统计表明，侧面碰撞对儿童乘员的伤害致死率达到 30%以上，根据医院监控系统的数据，发现儿童乘员 MAIS2+级的损伤有 41%是发生在侧碰撞中1-4。侧面碰撞已成为继正面碰撞之后造成儿童乘员伤亡的主要原因5。国外一些国家已经将儿童约束系统侧面碰撞试验纳入标准法规中。但是目前我国对于儿童约束系统并没有侧面碰撞法规或者评价方法。台车试验是一种重要的测试手段，与实车试验相比，能够有效缩短开发周期，降低开发成本。针对儿童约束系统产品的测试，台车试验尤为适合。通过研究发现：假人的损伤特性主要由车门速度、车门与座椅相对速度的波形和峰值决定6。目前国际上已经有了一些关于儿童约束系统侧面碰撞的台车测试方法，如澳大利亚 AS1754 及 CREP 中车门与座椅相对固定，但无法实现车门的侵入7；欧洲 ISO/TRL 中采用类似铰链门作为模拟门板，可以实现侵入，但控制精度和一致性是难以解决的关键问题8；美国 NHTSA 试验方法是用吸能铝块实现座椅和门板间的侵入9，ECE R129 法规中规定了车门速度、以及车门相对座椅的相对速度，但这两种方法也只能实现门板的平动和单一自由度侵入，不能模拟真实工况下车门不同部位的侵入情况。为此，本文面向儿童约束系统进行车门区域划分，通过采集多款车型车门的不同区域的实车碰撞加速度波形，提取出不同车型车门的三个关键部位的特征波形，并验证波形及方法的有效性，为模拟真实的碰撞工况下车门不同部位的侵入情况奠定基础，也为我国儿童约束系统侧面碰撞法规或评价方法的制定提供参考。2面向 CRS 的车门划分方式儿童约束系统（以下简称 CRS）根据安装方向可以分为正向安装、后向安装、以及侧向安装10。侧向安装一般适用于婴儿睡床，日常使用率极低，本文暂不考虑。根据儿童的体重，CRS 又可以分为 0+组，一般为婴Study on characteristic waveform extraction method of different vehicle doors for CRSXu ZheZheng YuyuGao GuanyuLou LeiLiu CancanAbstract：Side impact is the second major cause of child occupant casualties,but there are no side impact regulations or evaluation methods for child restraint systems in China.Foreign mainstream test methods can only realize the translation of door panel and single degree of freedom intrusion,and can not simulate the intrusion of diferent parts of door under real collision conditions.Based on data statistics,this paper divides the position of key areas of the door for CRS,and determines three diferent key intrusion areas of head,chest and pelvis.At the same time,the characteristic waveforms and the upper and lower limit curves of the three parts are extracted by collecting the acceleration waveforms of the three key areas of the doors of 14 diferent models.Finally,the test verification is carried out and compared with the test method of ECE R129,which proves that the test method of input characteristic waveform is reasonable and feasible,and can more truly simulate the intrusion of diferent parts in side impact.The research results of this paper not only provide reference for the formulation of side impact regulations or evaluation methods of child restraint systems in China,but also have certain guiding significance for the design and improvement of child restraint system products.Key words：side impact;child restraint system;door position division;characteristic waveforms;door intrusionAUTO TIME 185 TRAFFIC AND SAFETY|交通与安全儿用（0-13kg）、I 组，一般为幼儿用（9-18kg）、II+III组，一般为学童用（15-36kg）10。Johannsen 等人11通过研究分析欧洲的交通事故，得出侧面碰撞中儿童需要保护的是儿童乘员头、胸和腹部。因此，可以将车门划分为头部、胸部、骨盆（或腹部）三个关键区域，CRS 在不同安装方向下车门位置划分示意图如图 1-2 所示。图 1CRS 正向安装时车门位置划分示意图图 2CRS 后向安装时车门位置划分示意图本文对国内多款车型后车门形状尺寸进行统计，并参考 ECE R129 法规12，获得车门平均高度为 CR 点向上 500mm。同时，根据 CRS 的组别划分，分别对不同年龄的儿童在乘坐不同组别的 CRS 时，胸部、骨盆（或腹部）两个关键部位相对于车门的 CR 点的高度进行了统计，如表 1 所示。不同年龄的儿童用对应的儿童假人来模拟。根据表 1 的统计结果，以胸部和骨盆区域相对 CR 点高度的平均值作为车门划分的依据，将车门划分为上、中、下三个部分。骨盆区域高度位置为 CR 点向上 235mm 区间内，胸部区域高度位置为 CR 点向上 235mm至 435mm 区间内，头部区域高度位置为435mm 至 500mm 区间范围内。面向 CRS 的车门关键位置尺寸划分如图 3 所示。图 3面向 CRS 的车门关键位置尺寸划分图头部胸部骨盆或腹部CR点235435500mm3不同车型车门的特征波形提取3.1不同车型车门的关键部位实车波形采集选取14款不同的车型进行侧面碰撞试验，车辆信息如表 2 所示。在每款车的左后车门内部各贴 3 个传感器，传感器的位置为头部、胸部、骨盆三个关键区域的质心附近，如图 4所示。侧面碰撞的试验设置依据C-NCAP管理规则（2018 年版）13，移动壁障行驶方向与试验车辆垂直，移动壁障中心线对准试验车辆 R 点向后 250mm 位置，碰撞速度为50-51km/h（试验速度不得低于50km/h）。试验后，分别获得不同车型车门上三个关键部位的碰撞加速度曲线，如图 5-7 所示。序号车辆信息1大通2一汽轿车3星晖4奇瑞5东风6柳汽7一汽轿车8本田9奇瑞10红旗11北汽12起亚13马自达14广汽传祺表 2车辆信息图 4传感器位置传感器1传感器2传感器3CR 点mm500435235图5不同车门头部区域（传感器1位置）加速度曲线200150100500-50-100010203040时间/ms1234567891011121314加速度/g5060703.2不同车型车门的特征波形提取通过实车碰撞试验已获得 14 款车型的车相对于CR点高CRS 类型胸部区域高度/mm骨盆区域高度/mm0+组CRS1（乘坐Q1.5假人）3802460+组CRS2（乘坐Q1.5假人）4022650+组CRS3（乘坐Q1.5假人）375210I组CRS1（乘坐Q3假人）410220I组CRS2（乘坐Q3假人）435235I组CRS3（乘坐Q3假人）405216II+III组CRS1（乘坐Q10假人）500240II+III组CRS2（乘坐Q10假人）490237II+III组CRS3（乘坐Q10假人）515242平均值434.67235.56平均值取整435235表1胸部、骨盆区域相对于CR点的高度注：以上高度指的是该区域的最上端186 AUTO TIMETRAFFIC AND SAFETY|交通与安全门头部、胸部、骨盆三个关键区域的加速度曲线，以加速度曲线的平均值作为该区域的特征波形。以头部区域为例，计算方法如下：其中 n=14 （1）式中：a1，a2，.，an为不同车型车门的头部区域加速度曲线；a 为加速度曲线的平均值。同时，计算得到 14 组加速度曲线的标准差，计算公式如下：其中 n=14 （2）式中：a 为加速度曲线的平均值；为加速度曲线的标准差。以平均值和标准差计算得到特征波形的上下限曲线，计算公式如下：（3）（4）式中：为加速度的上限曲线；为加速度的下限曲线；a 为加速度曲线的平均值；为加速度曲线的标准差。由此，获得的头部、胸部、骨盆特征波形以及其上下限曲线如图 8-10 所示。按照如上方法也可获得实车碰撞非碰撞侧特征波形曲线及上下限，如图 11 所示。4试验验证对于 CRS 来讲，目前使用的比较广泛的侧面碰撞方法是 ECE R129 中的测试和评价方法，通过控制整个车门的侵入速度，以及车门与座椅的相对速度来实现侧面侵入。本文为了更真实的模拟侧面工况中，车门不同部位的侵入情况，采用不同部位输入不同特征波形的多点侵入的台车侧面碰撞方法，将上文中获得的头部、胸部、以及骨盆的特征波形分别输入到三个侧碰活塞中，每个活塞位置根据上文中的门板划分区域进行调节，将实车碰撞非碰撞侧特征波形输入到主活塞中，来实现三点侵入的侧面碰撞，如图 12 所示。图 12多点侵入台车示意图主台车液压加速器主活塞滑车滑车制动系统侧碰活塞假人座椅座椅儿童车门侧碰活塞侧碰活塞侧碰台车液压加加速器采用 ECE R129 的测试方法和输入特征波形的测试方法各进行 1 次试验，试验中使用同一款 CRS，使用 Q3 儿童假人，CRS 的安装方式为 ISOFIX+支撑腿，安装方向为正向，角度为直立。两次试验