[科普中国]-汽车碰撞安全性-

汽车被动安全性是指在交通事故后，能够对车内乘员或车外行人进行保护，以免发生伤害或使伤害减低到最低程度的性能。即保证在汽车事故中“车毁人不亡”的性能。由于汽车被动安全性总是与汽车碰撞事故相联系，故又称为“汽车碰撞安全性”。

汽车碰撞安全性实现途径汽车的碰撞安全性体现在事故发生过程中以及事故发生之后，是的最大程度的减轻乘员的损伤的性能。汽车的碰撞安全性是通过三个途径来实现的。第一，通过提高车辆的耐撞性来减轻损伤。现在实现这个目的的措施有：在车体前部和后部的增加碰撞缓冲区、保险杠，采用悬浮发动机防撞保护装置以及提高驾驶舱的刚度等。第二，通过控制碰撞过程中乘员的移动，实现乘员与汽车的同步移动，来降低冲击损伤和以及与驾驶舱内部物件的二次碰撞损伤。采用乘员约束系统可以实现这个功能。常见的乘员约束系统包括：安全带、头枕等结构。第三，通过降低人体与驾驶舱内部部件之间的接触刚度，增大接触面积来降低二次碰撞的损伤。可以通过采用安全气囊，降低仪表盘、内饰的刚度等方案来实现。

人体损伤评价指标损伤生物力学是汽车碰撞安全研究的重要基础理论。在碰撞交通事故中，乘员暴露在机械冲击载荷的环境中，在惯性力和接触力作用下，人体的各部分组织将产生一定的生物力学响应。如果力学响应超过人体能够承受的限度，将会造成人体组织的破坏、正常生理功能的丧失。由于损伤部位的不同，造成损伤的主要力学因素也不一样。据此，可以建立起不同部位的损伤耐受限度标准。

头部的耐受限度美国韦恩州立大学最先将头部的耐受度进行量化描述。通过尸体实验，他们测得了头部在直线加速度下的耐冲击性，就是有名的韦恩耐受曲线（WSTC）。在此基础上，美国联邦机动车安全标准（FMVSS）提出了头部损伤耐受限度（HIC）的计算公式。并规定在15ms间隔内的HIC15=700为头部线性加速度耐受度阈值。

图1. 韦恩耐受曲线（WSTC）

胸部损伤耐受限度在交通事故中，胸部的损伤是挤压力、惯性力和冲击波载荷共同的作用。在实际考量中，为了便于测量，将碰撞中胸部的加速度来衡量胸部的损伤耐受限度。美国联邦机动车安全标准（FMVSS）将3ms内加速度不大于60g作为胸部的耐受限度，并且规定胸部的压缩量要小于76mm。
颈部损伤耐受限度颈部损伤耐受限度（Nij）是一个相对较新的耐受度指标。它考虑了颈部所受轴向力和弯矩等因素，

其中，Fz和My分别是轴向力和矢向弯矩， Fint和Mint是相应的临界截距值。美国联邦机动车安全标准（FMVSS）将Nij=1作为颈部损伤耐受限度。

大腿轴向力为了保护髋部-大腿-膝盖这段部位，美国联邦机动车安全标准（FMVSS208）规定股骨最大能承受的轴向压缩力为10kN。

汽车碰撞安全性测试方法

实车的整体碰撞试验是综合评价汽车整车安全性能的基本试验方法。试验件是一辆真正的汽车，车内放置酷似真人的假人，在假人头部、四肢和身体各部位安装传感器。根据碰撞过程中传感器采集的数据，推算出各种人体损伤评价指标值，从而可以对汽车的碰撞安全性做出量化的评价。

目前，对于实车碰撞试验的适用车辆、碰撞形式、碰撞速度、假人排布位置、损伤评价指标等试验细节参数，已经形成了一套强制性标准和法规。国际上，美国的FMVSS和欧盟的ECE是实车碰撞试验法规的两大体系。其他国家的技术法规大多参照上述两大体系的法规并根据本国实际而制定的。正面碰撞试验试验法规为美国的FMVSS208和欧洲的ECE R94，侧面碰撞试验法规为FMVSS214和欧洲的ECE R95。而国内的相应的强制性标准分别为GB1151-2003 《乘用车正面碰撞的乘员保护》和GB20071-2006 《汽车侧面碰撞的乘员保护》。

扩展阅读[1] 汽车碰撞安全性设计[M]. 清华大学出版社, 2010.

[2] 汽车碰撞安全技术[M]. 机械工业出版社, 2014.

[3] Schmitt K U, Zürich P F N E T H, Muser M H, et al. Trauma Biomechanics: Accidental injury in traffic and sports[M]. Springer, 2009.

[4] 安志远. 浅谈现代汽车的安全技术及其发展方向[J]. 装备制造, 2009, (9).

[5] 黄宁军. 汽车被动安全研究的回顾与展望[J]. 上海汽车, 2000, (9):24-29.

[6] 李怀彬. 国内外汽车碰撞标准面面观[J]. 天津汽车, 2006 (1): 18-22.

[7] 侯飞. 国外汽车被动安全规范综述[J]. 上海汽车, 2000 (3): 32-34.

[8] 乔维高. 汽车被动安全研究现状与发展[J]. 汽车科技, 2008 (4): 1-4.

[9] 刘子建, 张建华, 杨济匡. 碰撞生物力学基础及其应用[J]. 中华创伤杂志, 2001, 5(17): 261-263.

本词条内容贡献者为:

徐鹏 - 博士 - 北京航空航天大学生物与医学工程学院樊瑜波 - 教授 - 北京航空航天大学生物与医学工程学院王丽珍 - 讲师 - 北京航空航天大学生物与医学工程学院