汽車碰撞安全性

汽車碰撞安全性實現途徑

汽車的碰撞安全性體現在事故發生過程中以及事故發生之後，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途徑來實現的。第一，通過提高車輛的耐撞性來減輕損傷。現在實現這個目的的措施有：在車體前部和後部的增加碰撞緩衝區、保險槓，採用懸浮發動機防撞保護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，實現乘員與汽車的同步移動，來降低衝擊損傷和以及與駕駛艙內部物件的二次碰撞損傷。採用乘員約束系統可以實現這個功能。常見的乘員約束系統包括：安全帶、頭枕等結構。第三，通過降低人體與駕駛艙內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。可以通過採用安全氣囊，降低儀錶盤、內飾的剛度等方案來實現。

人體損傷評價指標

損傷生物力學是汽車碰撞安全研究的重要基礎理論。在碰撞交通事故中，乘員暴露在機械衝擊載荷的環境中，在慣性力和接觸力作用下，人體的各部分組織將產生一定的生物力學回響。如果力學回響超過人體能夠承受的限度，將會造成人體組織的破壞、正常生理功能的喪失。由於損傷部位的不同，造成損傷的主要力學因素也不一樣。據此，可以建立起不同部位的損傷耐受限度標準。

1. 頭部的耐受限度

美國韋恩州立大學最先將頭部的耐受度進行量化描述。通過屍體實驗，他們測得了頭部在直線加速度下的耐衝擊性，就是有名的韋恩耐受曲線（WSTC）。在此基礎上，美國聯邦機動車安全標準（FMVSS）提出了頭部損傷耐受限度（HIC）的計算公式。並規定在15ms間隔內的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、慣性力和衝擊波載荷共同的作用。在實際考量中，為了便於測量，將碰撞中胸部的加速度來衡量胸部的損傷耐受限度。美國聯邦機動車安全標準（FMVSS）將3ms內加速度不大於60g作為胸部的耐受限度，並且規定胸部的壓縮量要小於76mm。

3. 頸部損傷耐受限度

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

其中，F_z和M_y分別是軸向力和矢向彎矩， F_int和M_int是相應的臨界截距值。美國聯邦機動車安全標準（FMVSS）將N_ij=1作為頸部損傷耐受限度。

4. 大腿軸向力

為了保護髖部-大腿-膝蓋這段部位，美國聯邦機動車安全標準（FMVSS208）規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

實車的整體碰撞試驗是綜合評價汽車整車安全性能的基本試驗方法。試驗件是一輛真正的汽車，車內放置酷似真人的假人，在假人頭部、四肢和身體各部位安裝感測器。根據碰撞過程中感測器採集的數據，推算出各種人體損傷評價指標值，從而可以對汽車的碰撞安全性做出量化的評價。

目前，對於實車碰撞試驗的適用車輛、碰撞形式、碰撞速度、假人排布位置、損傷評價指標等試驗細節參數，已經形成了一套強制性標準和法規。國際上，美國的FMVSS和歐盟的ECE是實車碰撞試驗法規的兩大體系。其他國家的技術法規大多參照上述兩大體系的法規並根據本國實際而制定的。正面碰撞試驗試驗法規為美國的FMVSS208和歐洲的ECE R94，側面碰撞試驗法規為FMVSS214和歐洲的ECE R95。而國內的相應的強制性標準分別為GB1151-2003 《乘用車正面碰撞的乘員保護》和GB20071-2006 《汽車側面碰撞的乘員保護》。

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