[科普中國]-汽車碰撞安全性

汽車被動(dòng)安全性是指在交通事故后，能夠?qū)噧?nèi)乘員或車外行人進(jìn)行保護(hù)，以免發(fā)生傷害或使傷害減低到最低程度的性能。即保證在汽車事故中“車毀人不亡”的性能。由于汽車被動(dòng)安全性總是與汽車碰撞事故相聯(lián)系，故又稱為“汽車碰撞安全性”。

汽車碰撞安全性實(shí)現(xiàn)途徑汽車的碰撞安全性體現(xiàn)在事故發(fā)生過程中以及事故發(fā)生之后，是的最大程度的減輕乘員的損傷的性能。汽車的碰撞安全性是通過三個(gè)途徑來實(shí)現(xiàn)的。第一，通過提高車輛的耐撞性來減輕損傷?，F(xiàn)在實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的的措施有：在車體前部和后部的增加碰撞緩沖區(qū)、保險(xiǎn)杠，采用懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)防撞保護(hù)裝置以及提高駕駛艙的剛度等。第二，通過控制碰撞過程中乘員的移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)乘員與汽車的同步移動(dòng)，來降低沖擊損傷和以及與駕駛艙內(nèi)部物件的二次碰撞損傷。采用乘員約束系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能。常見的乘員約束系統(tǒng)包括：安全帶、頭枕等結(jié)構(gòu)。第三，通過降低人體與駕駛艙內(nèi)部部件之間的接觸剛度，增大接觸面積來降低二次碰撞的損傷。可以通過采用安全氣囊，降低儀表盤、內(nèi)飾的剛度等方案來實(shí)現(xiàn)。

人體損傷評價(jià)指標(biāo)損傷生物力學(xué)是汽車碰撞安全研究的重要基礎(chǔ)理論。在碰撞交通事故中，乘員暴露在機(jī)械沖擊載荷的環(huán)境中，在慣性力和接觸力作用下，人體的各部分組織將產(chǎn)生一定的生物力學(xué)響應(yīng)。如果力學(xué)響應(yīng)超過人體能夠承受的限度，將會(huì)造成人體組織的破壞、正常生理功能的喪失。由于損傷部位的不同，造成損傷的主要力學(xué)因素也不一樣。據(jù)此，可以建立起不同部位的損傷耐受限度標(biāo)準(zhǔn)。

1. 頭部的耐受限度美國韋恩州立大學(xué)最先將頭部的耐受度進(jìn)行量化描述。通過尸體實(shí)驗(yàn)，他們測得了頭部在直線加速度下的耐沖擊性，就是有名的韋恩耐受曲線（WSTC）。在此基礎(chǔ)上，美國聯(lián)邦機(jī)動(dòng)車安全標(biāo)準(zhǔn)（FMVSS）提出了頭部損傷耐受限度（HIC）的計(jì)算公式。并規(guī)定在15ms間隔內(nèi)的HIC15=700為頭部線性加速度耐受度閾值。

圖1. 韋恩耐受曲線（WSTC）

2. 胸部損傷耐受限度在交通事故中，胸部的損傷是擠壓力、慣性力和沖擊波載荷共同的作用。在實(shí)際考量中，為了便于測量，將碰撞中胸部的加速度來衡量胸部的損傷耐受限度。美國聯(lián)邦機(jī)動(dòng)車安全標(biāo)準(zhǔn)（FMVSS）將3ms內(nèi)加速度不大于60g作為胸部的耐受限度，并且規(guī)定胸部的壓縮量要小于76mm。

3. 頸部損傷耐受限度頸部損傷耐受限度（Nij）是一個(gè)相對較新的耐受度指標(biāo)。它考慮了頸部所受軸向力和彎矩等因素，

其中，F(xiàn)z和My分別是軸向力和矢向彎矩， Fint和Mint是相應(yīng)的臨界截距值。美國聯(lián)邦機(jī)動(dòng)車安全標(biāo)準(zhǔn)（FMVSS）將Nij=1作為頸部損傷耐受限度。

4. 大腿軸向力為了保護(hù)髖部-大腿-膝蓋這段部位，美國聯(lián)邦機(jī)動(dòng)車安全標(biāo)準(zhǔn)（FMVSS208）規(guī)定股骨最大能承受的軸向壓縮力為10kN。

汽車碰撞安全性測試方法

實(shí)車的整體碰撞試驗(yàn)是綜合評價(jià)汽車整車安全性能的基本試驗(yàn)方法。試驗(yàn)件是一輛真正的汽車，車內(nèi)放置酷似真人的假人，在假人頭部、四肢和身體各部位安裝傳感器。根據(jù)碰撞過程中傳感器采集的數(shù)據(jù)，推算出各種人體損傷評價(jià)指標(biāo)值，從而可以對汽車的碰撞安全性做出量化的評價(jià)。

目前，對于實(shí)車碰撞試驗(yàn)的適用車輛、碰撞形式、碰撞速度、假人排布位置、損傷評價(jià)指標(biāo)等試驗(yàn)細(xì)節(jié)參數(shù)，已經(jīng)形成了一套強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)。國際上，美國的FMVSS和歐盟的ECE是實(shí)車碰撞試驗(yàn)法規(guī)的兩大體系。其他國家的技術(shù)法規(guī)大多參照上述兩大體系的法規(guī)并根據(jù)本國實(shí)際而制定的。正面碰撞試驗(yàn)試驗(yàn)法規(guī)為美國的FMVSS208和歐洲的ECE R94，側(cè)面碰撞試驗(yàn)法規(guī)為FMVSS214和歐洲的ECE R95。而國內(nèi)的相應(yīng)的強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)分別為GB1151-2003 《乘用車正面碰撞的乘員保護(hù)》和GB20071-2006 《汽車側(cè)面碰撞的乘員保護(hù)》。

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本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

徐鵬 - 博士 - 北京航空航天大學(xué)生物與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院樊瑜波 - 教授 - 北京航空航天大學(xué)生物與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院王麗珍 - 講師 - 北京航空航天大學(xué)生物與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院