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汽車鞭打試驗(yàn)-追尾碰撞中乘員頸部保護(hù)評(píng)價(jià)方法簡(jiǎn)介
2019-11-14 20:31:38· 來(lái)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(huì)產(chǎn)生一個(gè)像鞭子猛抽的動(dòng)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(huì)產(chǎn)生一個(gè)像鞭子猛抽的動(dòng)作。事故后，傷者的頸部會(huì)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(guò)程非常復(fù)雜、漫長(zhǎng)，有些甚至是不可治愈的永久傷害。
根據(jù)EURO-NCAP的鞭打危險(xiǎn)性的測(cè)試方法：
測(cè)試中并沒(méi)有使用整車碰撞，而是采用該測(cè)試車的座椅結(jié)構(gòu)，并安裝于滑槽上，測(cè)試假人按照標(biāo)準(zhǔn)位置坐在座椅上，通過(guò)已知的追尾 加速度-時(shí)間 數(shù)據(jù)通過(guò)測(cè)試臺(tái)模擬，最后通過(guò)頸部傳感器的數(shù)據(jù)，進(jìn)行鞭打危險(xiǎn)性判定。
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(huì)產(chǎn)生一個(gè)像鞭子猛抽的動(dòng)作。事故后，傷者的頸部會(huì)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(guò)程非常復(fù)雜、漫長(zhǎng)，有些甚至是不可治愈的永久傷害。
根據(jù)EURO-NCAP的鞭打危險(xiǎn)性的測(cè)試方法：
測(cè)試中并沒(méi)有使用整車碰撞，而是采用該測(cè)試車的座椅結(jié)構(gòu)，并安裝于滑槽上，測(cè)試假人按照標(biāo)準(zhǔn)位置坐在座椅上，通過(guò)已知的追尾 加速度-時(shí)間 數(shù)據(jù)通過(guò)測(cè)試臺(tái)模擬，最后通過(guò)頸部傳感器的數(shù)據(jù)，進(jìn)行鞭打危險(xiǎn)性判定。
在安全性測(cè)試中，有不同形式的正面碰撞和側(cè)面碰撞，用以模擬真實(shí)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(jì)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(gè)像鞭子猛抽的動(dòng)作，對(duì)人頸部產(chǎn)生嚴(yán)重的損傷，癥狀可能維持超過(guò)6個(gè)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(zhǎng)的過(guò)程，有些甚至是不可治愈的永久傷害，給傷者個(gè)人和社會(huì)帶來(lái)越來(lái)越嚴(yán)重的負(fù)擔(dān)。
汽車座椅系統(tǒng)是汽車內(nèi)部最重要的被動(dòng)安全系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)座椅結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)，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(píng)估座椅的動(dòng)態(tài)頸部損傷保護(hù)特性，比如：IIWPG-國(guó)際防止頸部鞭抽損傷保護(hù)組織，IIHS-美國(guó)高速公路安全保險(xiǎn)協(xié)會(huì)，Euro-NCAP-歐洲新車評(píng)估草案，F(xiàn)MVSS-美國(guó)聯(lián)邦機(jī)動(dòng)車安全標(biāo)準(zhǔn)等。
我國(guó)于2012年將座椅鞭打試驗(yàn)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(duì)座椅鞭打試驗(yàn)的整體流程進(jìn)行初步解析。
2018年版的C-NACP中，座椅鞭打試驗(yàn)將試驗(yàn)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(dòng)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(guò)程。座椅上放置BioRID II 型假人，通過(guò)測(cè)量后碰撞過(guò)程中頸部受到的傷害情況，用以評(píng)價(jià)車輛座椅頭枕對(duì)乘員頸部的保護(hù)效果。試驗(yàn)內(nèi)容分為兩個(gè)方面：靜態(tài)測(cè)量和動(dòng)態(tài)試驗(yàn)。
1.靜態(tài)測(cè)量
靜態(tài)測(cè)量的目標(biāo)是獲得三個(gè)值：H點(diǎn)，頭后間隙，頭枕高度。具體步驟如下：
第一步：上工裝。將按照實(shí)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(tái)上，并根據(jù)實(shí)車情況，調(diào)整踏板高度和前后，以滿足足跟點(diǎn)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(jìn)行軀干角和H點(diǎn)的定位。最后，安裝HRMD，一定要保證HRMD的水平方向，測(cè)量出頭后間隙和頭枕高度。
如上操作，重復(fù)3次，靜態(tài)測(cè)量結(jié)束，取三次平均值，下面進(jìn)行動(dòng)態(tài)試驗(yàn)。
2.動(dòng)態(tài)試驗(yàn)
動(dòng)態(tài)試驗(yàn)的目標(biāo)是計(jì)算此座椅在鞭打試驗(yàn)中的得分情況，具體評(píng)價(jià)指標(biāo)如下表：
頭枕干涉頭部空間在靜態(tài)測(cè)量時(shí)已經(jīng)可以得出結(jié)論，那其他多項(xiàng)指標(biāo)從何而來(lái)呢？就不得不提到我們碰撞試驗(yàn)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(mén)用來(lái)檢查座椅和頭枕在后碰時(shí)的表現(xiàn)。
Bio RID II假人的頸部和脊柱骨單獨(dú)設(shè)計(jì)，手臂和腿沿用了Hybrid III 50th的零部件，頭部是改進(jìn)Hybrid III 50th假人頭部而成，通過(guò)攜帶的傳感器采集假人的各部位參數(shù)，進(jìn)行傷害計(jì)算。
那假人要以何種姿態(tài)來(lái)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(shí)候，就需要我們靜態(tài)測(cè)量的數(shù)據(jù)，來(lái)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(dòng)態(tài)試驗(yàn)中不脫出，假人架設(shè)完畢后，需要確定三點(diǎn)式安全帶的相對(duì)位置：下圖中表明了三點(diǎn)式安全帶的固定點(diǎn)位置，K是上固定點(diǎn)位置，A、B是兩個(gè)下固定點(diǎn)位置。公差運(yùn)行范圍為50mm。若安全帶如果沒(méi)有特殊針對(duì)后碰的設(shè)計(jì)，那么使用試驗(yàn)室提供的安全帶。
二：高速攝像
整個(gè)鞭打試驗(yàn)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(wú)法觀測(cè)到的，這時(shí)候就需要我們的高速攝像，高速攝像機(jī)的拍攝速度能達(dá)到100幀/秒-10000幀/秒，可以記錄整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程，包括假人的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)，座椅的運(yùn)行軌跡等，為車輛的安全開(kāi)發(fā)提供影像資料。
在此項(xiàng)試驗(yàn)中，需2個(gè)高速攝像機(jī)，其記錄速度為1000fps。第一視角錄像機(jī)記錄從T0至300ms時(shí)間段內(nèi)的假人所有運(yùn)動(dòng)過(guò)程。第二視角錄像機(jī)記錄從T0至300ms時(shí)間段內(nèi)的假人頭部和頸部的運(yùn)動(dòng)過(guò)程。
由于得到整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程的假人和座椅的運(yùn)動(dòng)路線，并經(jīng)過(guò)專業(yè)的圖像分析軟件，計(jì)算出評(píng)價(jià)指標(biāo)里所需要的座椅靠背角動(dòng)態(tài)張角以及滑軌動(dòng)態(tài)位移。
至此我們2018年版C-NACP中整個(gè)座椅鞭打試驗(yàn)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(yàn)，在試驗(yàn)細(xì)節(jié)及評(píng)價(jià)指標(biāo)中略有不同，具體可見(jiàn)下表：
隨著安全要求的提高，安全規(guī)程的完善，鞭打試驗(yàn)將不僅限于前排乘員，也會(huì)延伸到后排乘員，提供全方位的安全防護(hù)。
僅僅按照規(guī)程完成一系列的鞭打試驗(yàn)容易，怎樣利用試驗(yàn)數(shù)據(jù)及各項(xiàng)資源，推進(jìn)汽車座椅系統(tǒng)的安全開(kāi)發(fā)，更好的保護(hù)乘車人員，依然任重而道遠(yuǎn)。
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