误使用工况下儿童安全座椅安全性的开发与验证

doi:10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.12.006

摘要/Abstract

摘要：

上拉带是ISOFIX型儿童安全座椅抗翻转装置之一，其误使用会降低儿童安全座椅的保护性能。根据GB27887—2011中抗翻转装置在不起作用下进行动态试验的相关要求，提出儿童座椅使用碳纤维增强塑料（CFRP）可增强正面碰撞中上拉带误使用工况对儿童的保护。采用Q系列3岁儿童假人（Q3），通过计算机仿真和台车碰撞试验，对比CFRP儿童安全座椅与普通塑料儿童安全座椅在上拉带误使用工况下儿童假人的损伤。试验结果表明：在上拉带误使用工况下，与普通塑料儿童安全座椅相比，CFRP儿童安全座椅的Q3假人头部前向最大位移量减小了18.49%；胸部加速度降低2.71%，增强了对儿童的保护。

关键词: 汽车被动安全, 儿童安全座椅, 正面碰撞, 碳纤维增强塑料, 误使用

Abstract:

The top tether strap is one of the anti-reversal devices of ISOFIX type child safety seat （CSS）， and its misuse will reduce the protective performance of CSS. According to the requirements of the dynamic test with anti-reversal device does not function provisioned in GB27887—2011， the use of carbon fiber reinforced plastics（CFRP）for CSS is proposed to strengthen the protection of children in the condition of the misuse of top tether strap in frontal crash.Both computer simulation and sled collision test are conducted on the Q-series dummy for 3-years-old child （Q3） to compare the injury of child dummy on the CSS of CFRP and the CSS of common plastics in the condition of the misuse of top tether strap. The results of test show that in the condition of the misuse of top tether strap，compared with the CSS of common plastics，the maximum forward displacement of Q3 dummy’s headwith the CSS of CFRP reduces by 18.49% and the chest acceleration of Q3 dummy lowers by 2.71%， strengthening the protection of children.

Key words: vehicle passive safety, child safety seat, frontal crash, carbon fiber reinforced plastics, misuse

宋祥文,邹猛,许述财,黄彬兵. 误使用工况下儿童安全座椅安全性的开发与验证[J]. 汽车工程, 2021, 43(12): 1780-1786.

Xiangwen Song,Meng Zou,Shucai Xu,Binbing Huang. The Safety Development and Validation of Child Safety Seat Under the Condition of Misuse[J]. Automotive Engineering, 2021, 43(12): 1780-1786.

图/表 22

表1

碳纤维复合材料力学性能测试表"

试验类型	平均厚度/mm	平均宽度/mm	平均孔径/mm	加载速度/ （mm·min^-1）	标准
开孔拉伸	2.9 （2-4）	36.12 （36 $±$ 1）	5.97 （6 $± 0.06$ ）	2	ASTM D 5766/D 5766M—02a
开孔压缩	2.85（3-5）	36.12（36 $± 0.25$ ）	5.97 （6 $± 0.06$ ）	2	ASTM D 6484/D 6484M—04
钉孔挤压（A方法）	2.84（3-5）	36.13（36 $±$ 1）	6（ $60 + 0.03$ ）	2	ASTM D 5961/D 5961M—01
短梁剪切	2.23	6.03	无	1	ASTM D 2344/D 2344M—00

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参考文献 15

1	汪隋，宋正超.针对儿童座椅拉拽失效的车身结构改进［J］.汽车工程，2021，43（2）：210-217.
	WANG S， SONG Z C. Vehicle body structure improvement for child seat pull failure［J］. Automotive Engineering， 2021，43（2）： 210-217.
2	文静，曹佳彦，杨丽君，等. 我国儿童安全座椅发展现状及标准法规分析［J］.标准科学， 2021（2）： 66-69.
	WEN J， CAO J Y， YANG L J， et al. Analysis of the development status and standards and regulations of child safety seats in my country［J］. Standard Science， 2021（2）： 66-69.
3	邱初暄，蔡步健，苍安国，等. 儿童安全座椅中美技术法规差异分析［J］. 中国标准化， 2020（3）： 168-173.
	QIU C X， CAI B J， CANG A G， et al. Analysis of the difference between Chinese and American technical regulations for child safety seats［J］. China Standardization， 2020（3）： 168-173.
4	邱初暄，曾令松，郑昌龙，等. 儿童安全座椅中国与欧盟技术法规差异分析［J］.中国标准化，2020（10）：243-247.
	QIU C X，ZENG L S， ZHENG C L， et al. Analysis of the differences in technical regulations between China and EU for child safety seats［J］. China Standardization， 2020（10）： 243-247.
5	KAHANE C J. An evaluation of child passenger safety： the effectiveness and benefits of safety seats［R/OL］.National Health Transportation Safety Administration， USA.
6	亓向翠.正面碰撞中儿童约束系统正确使用及误用的仿真研究［D］.长沙：湖南大学，2011.
	QI X C. Simulation study on the correct and misuse of child restraint system in frontal collision［D］. Changsha： Hunan University，2011.
7	胡佳，钟志华，水野幸治.儿童座椅正确使用和误使用的正面碰撞台车试验仿真［J］.汽车工程，2009，31（1）： 10-17.
	CHAI J， ZHONG Z H， et al. Simulation of frontal impact trolley test on correct and wrong use of child seat［J］. Automotive Engineering， 2009，31（1）： 10-17.
8	张金换，章雄，肖凌云，等.儿童约束系统误使用安全性试验研究［J］. 汽车安全与节能学报，2014，5（1）：30-37.
	ZHANG J H， ZHANG X， XIAO L Y， et al. Safety test study on misuse of children restraint system［J］. Automotive Safety and Energy，2014，5（1）：30-37.
9	张金换，李浩，周勇，等.支撑腿误使用对ISOFIX型儿童座椅安全性能的影响［J］.汽车安全与节能学报，2015，6（4）：360-364.
	ZHANG J H， LI H， ZHOU Y， et al. Influence of support leg misuse on the safety performance of child restraint system ISOFIX［J］. Automotive Safety and Energy，2015，6（4）：360-364.
10	蒋荣超，张涛，孙海霞，等.基于熵权TOPSIS法的CFRP防撞梁轻量化研究［J］.汽车工程，2021，43（3）：421-428.
	JIANG R C， ZHANG T， SUN H X， et al. Study on lightweighting of CFRP bumper beam using rntropy-based TOPSIS approach［J］. Automotive Engineering， 2021，43（3）： 421-428.
11	李光霁，刘新玲.汽车轻量化技术的研究现状综述［J］.材料科学与工艺，2020，28（5）：47-61.
	LI Guangji， LIU Xinling. Literature review on research and development of automotive lightweight technology［J］. Materials Science and Technology， 2020，28（5）：47-61.
12	兰祥.基于复合材料的汽车后排座椅轻量化研究［D］. 上海：上海工程技术大学，2019.
	LAN X. Research on lightweight of automobile rear seat based on composite materials［D］. ShangHai： Shanghai University of Engineering Science， 2019.
13	LUO H B， YAN Y， MENG X J. Progressive failure analysis and energy-absorbing experiment of composite tubes under axial dynamic impact［J］. Composites Part B： Engineering， 2016，87：1-11.
14	孟宪明，钟正，程从前，等.基于LS-DYNA软件2种材料模型的碳纤维复合材料层合板内剪切有限元仿真［J］. 机械工程材料，2020，44（12）.
	MENG X M， ZHONG Z， CHENG C Q， et al. Finite element simulation of in-place shear of carbon fiber reinforced plastic laminates with two material models of LS-DYNA software［J］. Material for Mechanical Engineering，2020，44（12）.
15	刘增，魏新奇，夏勇.表征平纹编织复合材料特性的两种连续损伤模型［J］.汽车安全与节能学报，2019，10（3）.
	LIU Z， WEI X Q， XIA Y. Two continuum damage mechanic models for characterization of plain woven carbon fiber composites［J］. Automotive Safety and Energy，2019，10（3）.

试验项目	试验强度值/MPa	仿真强度值/MPa	相对误差/%
开孔拉伸	222.50	204.62	-8.04
开孔压缩	236.50	211.00	-10.78
钉孔挤压	751.41	738.25	-1.75
短梁剪切	52.29	50.89	-2.68

项目	头部前向最大位移/mm	胸部合成加速度/g
目标值	550	5
仿真值	456.4	31.3
试验值	485	35.9
偏差	5.9%	12.8%

项目	头部前向最大位移/mm	胸部合成加速度/g
目标值	550	55
CFRP儿童安全座椅值	485	35.9
普通塑料儿童安全座椅值	595	36.9
性能提升百分比	18.49%	2.71%

[1]	唐洪斌,张君媛,刘国军. 正面碰撞等级预估方法[J]. 汽车工程, 2022, 44(3): 392-398.
[2]	李海岩,苏航杰,祝贺,刘冲,王彦鑫,崔世海,贺丽娟,王一达,吕文乐. 中国体征3岁儿童乘员损伤仿生模型在C-NCAP正面碰撞测试仿真中的应用[J]. 汽车工程, 2022, 44(12): 1944-1953.
[3]	刘刚,洪亮,葛如海. 面向“离位”儿童乘员的常开式安全气囊优化设计[J]. 汽车工程, 2022, 44(1): 94-104.
[4]	吕孟宽,杨欣,许述财,黄彬兵,李少鹏,霍鹏,边永亮. 儿童安全座椅侧面碰撞头部保护研究[J]. 汽车工程, 2021, 43(9): 1360-1366.
[5]	武和全, 彭金平, 邓晓顺, 金鑫, 胡林. 正面碰撞中的老年驾驶员胸部响应研究^*[J]. 汽车工程, 2020, 42(8): 1050-1059.
[6]	李海岩, 李健, 崔世海, 贺丽娟, 阮世捷, 吕文乐. 儿童安全座椅中填充吸能泡沫对头部的保护效果分析^*[J]. 汽车工程, 2020, 42(2): 228-233.
[7]	张学荣, 殷文倩. 儿童安全座椅碰撞检测偏差影响因素仿真与试验研究^*[J]. 汽车工程, 2019, 41(8): 915-921.
[8]	王琼, 黄志亮. 含概率区间混合不确定性的汽车正面碰撞可靠性优化设计^*[J]. 汽车工程, 2019, 41(5): 545-549.
[9]	葛如海, 顾瑶芝, 蔡朝阳, 黄可鑫, 陈宇航. 正面碰撞前后双气室气囊的设计与优化^*[J]. 汽车工程, 2019, 41(4): 411-416.
[10]	颜凌波,解文娜,许伟,曹立波,戴宏亮,张恺. 正面碰撞中基于中国人体尺寸的假人损伤响应研究^*[J]. 汽车工程, 2019, 41(3): 289-297.
[11]	郑建洲, 陈有松, 吕斌斌, 尹浩庆. 基于Kriging模型的座椅子系统安全性能优化研究[J]. 汽车工程, 2019, 41(11): 1301-1307.
[12]	陈媛媛,郑玲. 基于代理模型的汽车正撞安全性仿真优化[J]. 汽车工程, 2018, 40(6): 673-.
[13]	郭毅, 刘子建, 秦欢. 基于碰撞性能的车身刚度链设计方法^*[J]. 汽车工程, 2018, 40(12): 1426-1434.