CNCAP中Q10儿童假人标定试验方法研究

蒋熊力忍

摘 要：Q10儿童假人是目前应用比较多的一种假人，特别是随着C-NCAP的改版，在2021年版中引入了新的碰撞试验类型和Q10儿童假人。本文从Q10儿童假人的标定试验构成、假人的结构模块以及标定试验方法等多方面进行分析，研究了满足C-NCAP要求的Q10儿童假人的标定试验方法，并给出了标定步骤以及标定评价方法。

关键词：Q10假人 标定试验 汽车安全

Research on Calibration Test Method of Q10 Child Dummy in CNCAP

Jiang Xiongliren

Abstract：Q10 dummy is a kind of dummy which is widely used at present. Especially with the revision of C-NCAP， a new type of crash test and Q10 dummy are introduced in the 2021 edition. This paper analyses the composition of Q10 child dummy calibration test， structure module analysis of dummy and calibration test method， studies the calibration test method of Q10 child dummy which meets the requirements of C-NCAP， and gives calibration steps and calibration evaluation method.

Key words：Q10 Dummy， calibration test， automobile safety

1 前言

隨着汽车碰撞安全领域技术的不断发展，相关测试标准也在不断更新，逐步推出更贴近真实事故形态的测试试验方法，比如正面40%重叠可变形壁障碰撞试验将碰撞试验速度从56KM/H提高到64KM/H，再到2021年CNCAP评价规程中取消ODB试验，而采用MPDB试验来模拟车辆前部碰撞事故形态[1]。

2021年版CNCAP的MPDB试验采用的假人与之前偏置碰撞有较大区别，被取消的ODB试验采用的假人为2个HIII 50%男性假人、1个HIII 5%女性假人，而MPDB试验采用的假人为1个THOR 50%假人、2个HIII 5%女性假人和1个Q10儿童假人。被引入的Q10儿童假人在之前CNCAP实车碰撞试验方法中从未被使用过，而Q10儿童假人是整个Q系列儿童假人中，结构最复杂、标定试验流程耗时最长的儿童假人[2-3]。

2 Q10儿童假人标定试验构成

Q系列儿童假人包括Q0、Q1、Q1.5、Q3、Q6、Q10六个型号的儿童假人，Q系列儿童假人标定部位如表1所示。

标定Q10儿童假人需要用到四个标定试验台，包括一个跌落标定台、两个冲击标定台、一个静态压缩标定台。涉及到的标定部位包括头部、颈部、腰椎、胸部、骨盆、肩部以及腹部。Q10儿童假人标定试验构成如表2所示，标定Q10儿童假人至少需要进行20次标定试验。

3 Q10儿童假人结构分析

20世纪70年代末到80年代初，开发了P系列儿童假人。截至到2013年，P系列假人仍然是欧洲法规ECE-R44所使用的假人，也被许多其他标准采用。1993年，国际儿童假人工作组开始开发一系列新的儿童假人，作为P系列儿童假人的后续产品，这个新系列被称为Q系列儿童假人，与P系列儿童假人相比，Q系列假人的生物力学特性有所改善，其中，对Q10儿童假人的设计始于2009年。

Q10儿童假人的组成部件包括：头部模块、颈部模块、胸部模块、腹部模块、腰椎模块、骨盆模块、手臂模块、腿部模块、衣服模块以及臀部防护模块。

头部模块。Q10儿童假人头部模块通常安装有三向加速度传感器以及三轴角速度传感器，用以测量试验过程中的头部加速度以及角速度。对头部进行标定时，主要是利用头部的三向加速度来进行评价。

颈部模块。颈部模块是Q系列儿童假人较为重要的一个模块，通常安装有上颈部力传感器和下颈部力传感器，其中，每个颈部力传感器都为六向（力三向、力矩三向），上颈力传感器也可用替代块进行代替。对颈部进行标定时，主要是利用颈部的颈部力传感器、角度传感器以及摆锤加速度传感器。

胸部模块。胸部模块用以测量胸部压缩量，通常安装有2个IR-TRACC胸位移传感器。Q10儿童假人分为正碰用Q10假人和侧碰用Q10假人，正碰时，IR-TRACC胸位移传感器朝前，侧碰时，根据碰撞位置，选用侧碰安装包，正确安装IR-TRACC压缩方向，保证其朝向为左侧或右侧，与试验保持一致。标定时，也需对正碰和侧碰分别进行标定，主要利用胸部的胸位移传感器。

腹部模块。腹部模块用以测量腹部的压缩量，通常安装有2个腹压传感器。在标定时，主要考察在静压下，腹部块的压缩变形量。

腰椎模块。腰椎模块承受着儿童假人上半身所有的重量，当假人躯干频繁且大幅度的弯曲时，容易造成腰椎模块的损坏。腰椎模块通常安装有六向的力传感器（力三向、力矩三向），也可用替代块进行代替。对腰椎进行标定时，主要利用角度传感器以及摆锤加速度传感器。

骨盆模块。骨盆通常安装有耻骨力、髂骨力和三向加速度传感器，耻骨力用以测量在侧碰状态下，耻骨所受力的大小，髂骨力用以测量在正碰状态下，髂骨所受力的大小。对骨盆标定时，主要利用耻骨力传感器进行标定。

手臂模块。Q10儿童假人的手臂模块分为全臂和半臂，通常全臂用于正碰试验，半臂用于侧碰试验。对肩部进行标定，主要是利用安装在肩部的肩部力传感器（包含力和力矩），全臂和半臂均需要标定。

腿部模块。Q10儿童假人的腿部并不需要进行标定，但在标定胸部、肩部和骨盆时，需要对全假人进行标定，会使用到腿部模块。

衣服模块。Q10儿童假人衣服为紧身橡胶材料制成，衣服为假人的一个组成部分，在标定试验时，需将衣服正确穿着在假人身上。其上装和下装通过位于腹部处拉链进行连接。

臀部防护块。臀部防护块分为左右两块，仅在正面碰撞试验中使用，用以防止骨盆和大腿之间的安全带卡滞。

4 试验方法

4.1 头部标定

头部标定包括三个部分，头部正面跌落标定试验、头部左侧跌落标定试验和头部右侧跌落标定试验。通过采集安装于头部的三向加速度传感器信号来判定标定试验是否合格。其中，同一部位最短标定时间间隔是30分钟。

头部正面跌落标定试验。头部的Z轴应与水平面成28±2°，头部水平方向保持在±1°范围以内，头部最低点与水平撞击面的距离为130±1mm。当标定结果满足：头部合成加速度最大值在124.2-151.8g之间，Y方向的加速度在-10到10g之间，则为标定试验通过。

头部左/右侧跌落标定试验。左/右侧跌落标定试验的头部定位方法相同，使中矢面与水平面成35±2°，前后水平轴保持在±1°范围内，头部最低点与水平撞击面的距离为130±1mm。当标定结果满足：头部合成加速度最大值在128.7-157.3g之间，Y方向的加速度在-20到20g之间时，则为侧向头部跌落标定试验通过。

4.2 腹部标定

腹部标定试验属于部件标定试验，需要将腹部块从假人腹部取出。腹部标定试验使用到的标定装置为腹部标定台，通过游标卡尺测量，配重前后两个板高度之间的差值，其配重重量为10.10±0.050kg。标定结果满足：腹部压缩量为8.4mm-12.4mm时，腹部标定试验通过。

4.3 颈部标定

Q10儿童假人的颈部标定分为4部分，包括：颈部压缩标定试验、颈部拉伸标定试验，颈部左侧标定试验以及颈部右侧标定试验。通过采集安装于颈部的颈部力传感器、角度传感器以及摆锤的加速度传感器信号来判定标定试验是否合格。同样地，同一部位最短标定间隔时间为30分钟。

颈部压缩标定试验。标定试验使用的标定装置为颈部标定台，通过将安装有颈部部件的摆臂提升至与垂直面成一定角度，并在撞击位置布置一定数量的蜂窝铝，来实现撞击速度为4.8±0.1m/s，并且摆锤冲击的减速通道满足如表3所示。

在满足以上通道条件的前提下，当头部最大角度满足50.4°-61.6°，头部转角通道内的峰值力矩满足28.8Nm-35.2Nm时，则标定试验通过。

颈部拉伸标定试验。摆锤冲击速度要求为3.7±0.1m/s，摆锤冲击减速度通道为，10ms时，0.7m/s-1.7m/s;20ms时，1.7m/s-2.8m/s;30ms时，2.8m/s-4.0m/s。在满足以上条件的前提下，头部最大角度为56.7°-69.3°，峰值力矩为-12.96Nm至-15.84Nm。

颈部左/右侧标定试验。颈部侧向标定试验的摆锤冲击速度要求、摆锤冲击减速度通道与拉伸标定试验相同。头部最大角度要求为45.9°-56.1°，峰值力矩要求为14.85Nm-18.15Nm。

4.4 腰部标定

Q10儿童假人腰部标定试验使用到的标定设备与颈部标定相同，腰部标定试验与颈部标定试验不同点在于使用的工装和传感器有所不同。Q10假人的腰部标定试验分为三个部分，包括前向、左侧和右侧。腰部标定试验相较于颈部标定试验，减少了力传感器的信号采集。

腰部正向标定试验。摆锤的冲击速度要求为4.4±0.1m/s，摆锤冲击减速度通道为，10ms时，0.9m/s-1.9m/s;20ms时，2.3m/s-3.4m/s;30ms时，3.4m/s-4.6m/s。在满足以上速度要求的前提下，当最大旋转角度为45.9°-56.1°，且最大旋转角度出现时刻满足在60.3ms-73.7ms范围内时，则腰部正面标定试验通过。

腰部左/右侧标定试验。腰部侧向标定试验的判定条件与正向标定试验相同，在进行腰部侧向标定时，更换工装即可。

4.5 胸部标定

Q10儿童假人胸部标定分为三个部分，包括正向、左侧和右侧，这三次标定试验都需要用到胸位移传感器（胸位移传感器分为上胸位移传感器和下胸位移传感器），因此，在标定胸部不同部位时，需要更换胸位移传感器。胸部标定试验通过采集安装于胸部的IR-TRACC以及摆锤上的加速度传感器信号来判定标定试验是否合格。胸部标定试验使用到的标定装置为胸部标定台，不同假人对应摆锤的质量各不相同[4-6]。

胸部正面标定试验。摆锤的冲击速度要求为4.2m/s-4.4m/s，胸部位移最大值要求为31.95mm-39.05mm，冲击摆锤峰值力范围为1530N-1870N。

胸部左/右侧标定试验。在标定胸部左/右侧时，需要将手臂抬起，使得摆锤能直接冲击胸部侧向标定位置。胸部侧向标定试验的摆锤速度要求与正面标定试验相同，胸部位移最大值要求为24.39mm-29.81mm，冲击摆锤的峰值力范围为2025N-2475N。

4.6 骨盆标定

骨盆标定试验台与胸部标定试验台相同，利用摆锤冲击骨盆来验证其性能。骨盆标定分为两部分，包括骨盆左侧标定试验和骨盆右侧标定试验。骨盆标定试验是Q10儿童假人特有的标定试验，其他的Q系列儿童假人都不需要对骨盆进行标定。

骨盆左/右侧标定试验。摆锤的冲击速度要求为4.2m/s-4.4m/s，冲击摆锤峰值力范围为3735N-4565N，并记录耻骨力峰值大小。

4.7 肩部标定

Q10儿童假人肩部标定也属于特有的标定试验，其他的Q系列儿童假人不需要对肩部进行标定。Q10假人的手臂分为全臂和半臂，需要分别对其进行标定。因此，肩部标定试验分为四个部分，包括全臂左侧标定试验、全臂右侧标定试验、半臂左侧标定试验和半臂右侧标定试验。通过采集T1加速度传感器、摆锤加速度传感器信号来判断标定试验是否通过。

全臂的左/右侧标定试验。摆锤的冲击速度要求为4.2m/s-4.4m/s，T1加速度峰值范围为48.0g-68.0g，冲击摆锤峰值力范围为2385N-2915N。

半臂的左/右侧标定试验。摆锤的冲击速度要求与全臂相同，T1加速度峰值范围为47.7g-58.3g，冲击摆锤峰值力范围为2199N-2688N。

5 结论

本文对C-NCAP中Q10儿童假人的标定试验，从标定试验构成、假人结构分析以及标定试验评价方法等方面入手，全面分析了Q10儿童假人标定试验方法，对其中的关键数据、关键标定步骤和需要注意的事项进行了详细的解读，包括了头部标定试验方法等，对C-NCAP儿童假人标定试验的进行具有一定的指导意义。

随着C-NCAP的进一步发展，在2021年版C-NCAP中，Q10儿童假人被引入正面50%重叠移动渐进变形壁障碰撞试验，用以评价第二排人员的伤害情况。通过对Q10儿童假人标定试验方法的研究，有助于我国汽车安全领域技术的改进与发展。

参考文献：

[1]包崇美.解读2021版C-NCAP规则征求意见稿的十大变化[J].世界汽车，2020，4（06）：102-109.

[2]周鹏，胡经国.Q3假人头部标定试验影响因素探究[J].汽车零部件，2020，4（06）：72-76.

[3]张桂明， 王浩浩， 王是佼，等. 汽车被动安全试验假人标定分类及应用[J]. 汽车制造业， 2017， 000（017）：18-20.

[4]曹立波，羅骞，颜凌波，张恺，王智.混Ⅲ5百分位女性假人胸部标定影响因素分析[J].汽车工程，2016，38（06）：692-697+724.

[5]潘浩坤. 五十百分位假人胸部标定影响因素的研究[D].广东工业大学，2018.

[6]张伟锋. 碰撞试验用假人胸部压力分布测量的研究与分析[D].湖南大学，2017.