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汽车鞭打试验-追尾碰撞中乘员颈部保护评价方法简介

2019-11-14 20:31:38·  来源：上汽安全与CAE技术  
　
何为Whiplash（鞭打）？鞭打伤害是指在追尾事故中，被碰撞车辆的驾驶员、乘员在碰撞加速度与头部惯性力的共同作用下，颈部会产生一个像鞭子猛抽的动作。事故后，
何为Whiplash（鞭打）？

鞭打伤害是指在追尾事故中，被碰撞车辆的驾驶员、乘员在碰撞加速度与头部惯性力的共同作用下，颈部会产生一个像鞭子猛抽的动作。事故后，伤者的颈部会感到不同程度的不适，这种伤害并不致命，但是伤后康复的过程非常复杂、漫长，有些甚至是不可治愈的永久伤害。

根据EURO-NCAP的鞭打危险性的测试方法：

测试中并没有使用整车碰撞，而是采用该测试车的座椅结构，并安装于滑槽上，测试假人按照标准位置坐在座椅上，通过已知的追尾 加速度-时间 数据通过测试台模拟，最后通过颈部传感器的数据，进行鞭打危险性判定。
 
在安全性测试中，有不同形式的正面碰撞和侧面碰撞，用以模拟真实世界中各种交通事故，但有一种事故形式却被忽视，即低速后碰撞，发生率很高，但伤亡少，从而未受到重视。
 
但近些年的事故统计数据表明，在低速后碰撞中，鞭打（Whiplash）伤害的发生率极高，即被碰撞车辆中的乘员在碰撞加速度与头部惯性力的共同作用下，颈部产生一个像鞭子猛抽的动作，对人颈部产生严重的损伤，症状可能维持超过6个月，损失平均8周的工作，虽不致命，却因其伤后康复复杂漫长的过程，有些甚至是不可治愈的永久伤害，给伤者个人和社会带来越来越严重的负担。
汽车座椅系统是汽车内部最重要的被动安全系统，通过对座椅结构的合理设计，可避免或降低车内乘员因低速后碰撞中所导致的鞭打伤害，如今全球很多组织都在研究评估座椅的动态颈部损伤保护特性，比如：IIWPG-国际防止颈部鞭抽损伤保护组织，IIHS-美国高速公路安全保险协会，Euro-NCAP-欧洲新车评估草案，FMVSS-美国联邦机动车安全标准等。
 
我国于2012年将座椅鞭打试验正式引入《C-NCAP管理规则》，目前已经发展到2018年版。本文以2018年版的C-NACP为例，对座椅鞭打试验的整体流程进行初步解析。
 
2018年版的C-NACP中，座椅鞭打试验将试验车辆驾驶员侧座椅及约束系统仿照原车结构，固定安装在移动滑车上，滑车以速度变化量为（20.0±1.0）km/h 的特定加速度波形发射，模拟后碰撞过程。座椅上放置BioRID II 型假人，通过测量后碰撞过程中颈部受到的伤害情况，用以评价车辆座椅头枕对乘员颈部的保护效果。试验内容分为两个方面：静态测量和动态试验。
1.静态测量
静态测量的目标是获得三个值：H点，头后间隙，头枕高度。具体步骤如下：
第一步：上工装。将按照实车座椅的安装角度位置等参数，制作座椅工装，安装到滑台上，并根据实车情况，调整踏板高度和前后，以满足足跟点及足尖的放置要求。
 
第二步：上座椅。根据法规要求，调整座椅的前后，上下，腰撑，扶手等内容，初步调整座椅靠背。
第三步：上HPM+HRMD装置。在上HPM装置前，需先在座椅上铺一层棉布料，随后采用HPM的操作流程，进行躯干角和H点的定位。最后，安装HRMD，一定要保证HRMD的水平方向，测量出头后间隙和头枕高度。
如上操作，重复3次，静态测量结束，取三次平均值，下面进行动态试验。
2.动态试验
动态试验的目标是计算此座椅在鞭打试验中的得分情况，具体评价指标如下表：
头枕干涉头部空间在静态测量时已经可以得出结论，那其他多项指标从何而来呢？就不得不提到我们碰撞试验中常用的两大法宝：假人和高速摄像。
一：假人
鞭打假人-Bio RID II（Biofidelic Rear Impact Dummy），由瑞典Götenburg科技大学研发，专门用来检查座椅和头枕在后碰时的表现。
Bio RID II假人的颈部和脊柱骨单独设计，手臂和腿沿用了Hybrid III 50th的零部件，头部是改进Hybrid III 50th假人头部而成，通过携带的传感器采集假人的各部位参数，进行伤害计算。
那假人要以何种姿态来坐到我们的座椅上呢？怎么才能保证结果的可靠性和一致呢？这时候，就需要我们静态测量的数据，来支持我们的假人定位工作了。如下表和下图所示。
 
为了保证假人在动态试验中不脱出，假人架设完毕后，需要确定三点式安全带的相对位置：下图中表明了三点式安全带的固定点位置，K是上固定点位置，A、B是两个下固定点位置。公差运行范围为50mm。若安全带如果没有特殊针对后碰的设计，那么使用试验室提供的安全带。
二：高速摄像
整个鞭打试验只有短短的几百毫秒，靠肉眼或者24帧/秒的常规拍摄是无法观测到的，这时候就需要我们的高速摄像，高速摄像机的拍摄速度能达到100帧/秒-10000帧/秒，可以记录整个试验过程，包括假人的运动姿态，座椅的运行轨迹等，为车辆的安全开发提供影像资料。
 
在此项试验中，需2个高速摄像机，其记录速度为1000fps。第一视角录像机记录从T0至300ms时间段内的假人所有运动过程。第二视角录像机记录从T0至300ms时间段内的假人头部和颈部的运动过程。
由于得到整个试验过程的假人和座椅的运动路线，并经过专业的图像分析软件，计算出评价指标里所需要的座椅靠背角动态张角以及滑轨动态位移。
 
 
至此我们2018年版C-NACP中整个座椅鞭打试验完成，当然还有很多其他的法规如Euro-NCAP，IIHS，C-IASI等都有鞭打试验，在试验细节及评价指标中略有不同，具体可见下表：
随着安全要求的提高，安全规程的完善，鞭打试验将不仅限于前排乘员，也会延伸到后排乘员，提供全方位的安全防护。
仅仅按照规程完成一系列的鞭打试验容易，怎样利用试验数据及各项资源，推进汽车座椅系统的安全开发，更好的保护乘车人员，依然任重而道远。 
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