FMVSS202a低速后碰实验（可选）与主动式头枕

来源：公众号“汽车座椅验证”

前面已发布的三篇关于头枕法规的文章中，我们以GB11550为例，分别对头枕的尺寸参数、静态强度、动态吸能这三大块进行了讲解，至此GB11550的主要实验和要求基本已经介绍完毕。

此外我们之前还对GB11550、UNR25、FMVSS202a和GTR7这四家的实验方法和要求进行了对比。

可以发现UNR25和GB11550的内容基本一致。而FMVSS202a与GTR7比较接近，但是和GB11550相差较大。其中最显著的区别就是FMVSS202a含有三个GB11550没有的实验：低速后碰、头后间隙和垂向静态强度。

接下来就依次对这三个实验进行学习和介绍吧，

本文首先介绍其中最贵且最难的一个实验：FMVSS202a-低速后碰。

用一句话描述这个实验就是，在速度约17.3km/h的低速后碰过程中HIII50假人的头部HIC15不能超过500且颈部转角不能超过12°。

说到底，其实就是一个低配的NCAP鞭打实验。

那么问题来了，

为何要做动态后碰实验？

实验过程中要注意什么？

实验的评价基准是什么？

本文将要围绕以上三个问题对FMVSS202a的动态低速后碰进行介绍。

按照FMVSS202a的要求，制造商可以选择像欧标或国标一样进行头枕的尺寸、静态、吸能等测试。当然也可也选择不做上述测试，只做低速后碰实验和头枕宽度测量。最后只要两个选择满足其一就可以。

但是一般来说制造商们会更偏向于选择前者，因为相对动态碰撞实验，静态实验条件简单，可控性好，实验更容易满足。

FMVSS202a之所以增加后碰实验的选项，主要有两个目的：

首先相对静态实验，动态碰撞实验更能反应实际事故中座椅的表现。

另外更重要的一点是，NHTSA认为主动式头枕(ActiveHeadrestraint)可以最大限度地降低鞭打损伤风险，所以希望通过增加动态实验这一选项，引导和鼓励制造商去研发更好的主动式头枕。

主动式头枕是指在碰撞发生时，头枕可以主动向前/向上移动，更快地接住乘员的头部，减小乘员颈部运动行程，从而保护乘员免遭鞭打伤。

主动式头枕最早由瑞典萨博SAAB汽车公司发明，之后沃尔沃、B.B.A、丰田、日产、现代等公司也分别推出了自己的主动式头枕。不过这类头枕由于制作成本较高，所以目前多用于高配汽车上面。

主动式头枕从感应方式上主要可以分为两种，

一种是通过乘员的质量作用在座位靠背上启动防护装置，头枕自动向前、向上移动。这类头枕可以在丰田、现代的车上看到。

另一种是通过车载传感器来监测追尾事故的发生，第一时间向头枕发出向前、向上的指令(头枕内预压紧的弹簧突然释放)。这类头枕可以在宝马，奔驰的车上看到。

当然还有一种比较有意思的方案是沃尔沃的WHIPS鞭打保护系统(WhiplashProtectionSystem)，该系统的核心思路是在座椅靠背与坐盆之间增加一套连接机构，后碰发生时候，连接机构会推动靠背和头枕轻微上移前倾，随后迅速靠背角迅速增加，如此可以大大减少靠背与头部的相对运动。

因为主动式头枕的展开或者移动需要一定的行程，所以初始状态的头枕，并不一定能满足尺寸或静态测试的要求，另外静态实验也无法反映出主动式头枕的表现。综上所述安排一个动态实验就显得尤为必要。

需要特别提醒的是，在安排动态碰撞的同时还要单独检查头枕的宽度是否满足法规要求。

FMVSS202a要求使用HIII50男性假人进行测试。

可能有人会问，既然是考察鞭打，为什么不用颈部更灵活的BioRID假人？即便采用HIII假人，为什么不用AM95或者AF05体型假人？

针对这些问题，NHTSA在该法规的背景介绍中提到，首先目前FMVSS体系引入的前后成年碰撞假人只有HIII50和HIII05假人，没有BioRID或HIII95假人。另外AM50可以很好地涵盖AF05的风险，并且已有研究证明HIII50假人具备预测鞭打风险的能力，综述所述，HIII50假人是当前最合适的选择。

不过可以肯定的是，随着法规体系的不断完善，采用更加精确的碰撞假人也是大势所趋。如最近的UNR17-10新增的动态后撞实验就开始要求采用BioRIDIIUN假人。(关于BioRID假人，HIII假人，AM95/50，AF05等假人相关知识，以后再做介绍)

2.座椅调节

调高调整到最低位置，

滑轨调整到中间位置，如果中间位置无法锁止则往后调整到最近锁止位置，

头枕调整到高度中间位置，如果中间位置无法锁止则将头枕降低到最近锁止位置。头枕水平方向调整到最后位置。

靠背将TorsoAngle调整到25°，如果25°无法锁止，则往后调整到最近能锁止的位置。

安装好座椅之后，一般需要用SAEJ826假人测量座椅的H点、靠背角和头后间隙以检查座椅状态。

3.假人摆放

确认座椅状态满足设计要求后，开始摆放HIII50碰撞假人。

H点目标值是SAEJ826假人测出的H点，允许偏差±12.7mm(0.5英寸)

骨盆角目标值是22.5°，允许偏差±2.5°

头部测量平台角度目标是0°，允许偏差±0.5°

膝盖中心距离和脚踝中心距离为200mm±10mm

手臂贴紧靠背发泡，手指放在大腿两侧的坐盆上

4.碰撞曲线

碰撞加速度曲线如下图，为半周期的正弦曲线，曲线的峰值为86m/s^2,时长88ms，速度1.73±0.6km/h。

碰撞开始时间为加速达到0.25g的时刻。

该动态实验有两项评价标准：

1.假人头部相对躯干的转动角度不大于12°

2.假人头部加速度HIC15不大于500

第一项很好理解，即头部后仰的角度，研究表面当相对转动角度为12°时，发生鞭打概率为7.3%。选择该值可以较好地照顾到AM95同工况下的风险。

第二项则是为了考察头枕吸能的效果，HIC15不大于500的要求与80g不长于3ms的要求类似，而采用HIC则可以更好的对标FMVSS208。

接下来简单介绍一下HIC15，

这个还要从韦恩伤害曲线说起。在该曲线发布后，Gadd基于此提出了头部冲击剧烈程度指数(SeverityIndex,SI)，该曲线将伤害值定义为加速度峰值和作用时间的乘积，

式中a为头部重心合加速度，T为加速度作用时间。

在发生正面碰撞的情况下，SI的脑震荡阈值为1000，不发生接触的情况下为1500。

为了适用于多种头部加速度波形，Versace利用任意时刻T1和T2之间的平均加速度定义了头部损伤指标(HeadInjuryCriterion,HIC)

在任意两个时间点T1和T2之间，平均加速度可以表示为

同时考虑到时间因素和头部的加权指数2.5，构建一个新的头部伤害指数

最终得到的HIC计算公式为：

NHTSA在1972年开始采用上式用于碰撞实验的假人伤害评价计算。

在公式确定之后，接下来最重要的工作就是确定接触时间的区域，起初NHTSA对∆t=t1-t2的时间区域长短规定是任意的。不过经验发现，比36ms更长的时间加速度并不会带来更大的伤害，因此选择了HIC36=1000作为头部加速度的耐受极限。

但是后来通过志愿者实验研究表明，实验对象承受了高于1000的HIC36冲击后，并没有出现头部损伤和脑组织损伤，因此认为HIC36高估了头部与安全气囊接触发生长时间撞击时的伤害风险。

如果缩短区间，更多的尖细加速度峰值会被纳入伤害计量中，会导致HIC值上升，有文献基于数百次NCAP实验数据观察，认为HIC15的700限值和HIC36的1000限值对长时间事件的评价没有严格区别，因此限值降低到700，但是HIC15的标准相对更加严格。

基于大量的事故调查和实验分析，发现HIC15达到500的耐受极限时，乘员头部有18.8%的概率造成AIS2+等级的损伤。

以上便是关于FMVSS202a低速后碰实验(可选)介绍的全部内容。写的不好，仅供参考，感谢关注，欢迎探讨。

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