客車前部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗(yàn)法規(guī)和方法研究

俞晶鑫

摘要：高速行駛和大載客量導(dǎo)致客車道路交通事故的致死和致傷率居高不下。本文針對(duì)這一現(xiàn)狀，研究中國客車技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展并解讀行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《客車前部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求和試驗(yàn)方法》，基于該行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)研究客車駕乘人員的損傷指標(biāo)及其影響因素和客車前部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗(yàn)方法。

關(guān)鍵詞：客車;正面碰撞;前部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度;法規(guī);方法研究

0 ?引言

為了提高客車的碰撞安全性，減少駕乘人員在碰撞事故發(fā)生后的損傷，世界各國紛紛制訂了針對(duì)客車的安全法規(guī)以及相應(yīng)的試驗(yàn)方法進(jìn)一步提高客車車身結(jié)構(gòu)安全性能。WP29/GRSG（一般安全性工作組）于2006年就提出聯(lián)合國經(jīng)濟(jì)委員會(huì)法規(guī)（ECE法規(guī)）要針對(duì)客車正面碰撞制定法規(guī)[1]。中國客車協(xié)會(huì)委員在2009年中國客車學(xué)術(shù)論壇年會(huì)上也首次提出了將要制定《客車正碰撞規(guī)定》國家標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)想并于2017年?duì)款^制訂了《客車前部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求及試驗(yàn)方法》[2]行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。本文將基于《客車前部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求及試驗(yàn)方法》研究大客車前部結(jié)構(gòu)遷都的試驗(yàn)要求。

1 ?法規(guī)介紹與解讀

1.1 中國客車安全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展簡介

我國的客車技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)逐漸與國際接軌，客車安全方面尤為明顯，大部分等同或等效采用了國際標(biāo)準(zhǔn)，由于中國國情的特點(diǎn)，客車安全方面的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)仍存在很多不足。

2008～2009年，中國客車標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)計(jì)劃制定和修訂《客車上部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度》等客車相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)以完善客車安全相關(guān)法律法規(guī)并制定針對(duì)客車安全性能檢測(cè)的實(shí)驗(yàn)方法。從而建立和完善中國營運(yùn)型客車的技術(shù)安全法規(guī)體系和市場(chǎng)準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)，形成完整的客車安全檢測(cè)技術(shù)要求和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

2012年4月，在交通部公路交通試驗(yàn)場(chǎng)，某12米總質(zhì)量為17200kg的全承載式客車以30km/h的試驗(yàn)車速進(jìn)行正面100%剛性墻碰撞試驗(yàn)[3]。

2017年9月8日發(fā)布《關(guān)于征求行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)<客車前部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求及試驗(yàn)方法（征求意見稿）>意見的通知》。標(biāo)志著由中國公路學(xué)會(huì)牽頭制定的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《客車前部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求及試驗(yàn)方法》（計(jì)劃編號(hào)：JT 2014-61）正式進(jìn)入客車安全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系。

1.2 《客車前部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求及試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)解讀

1.2.1 法規(guī)適用范圍

標(biāo)準(zhǔn)適用范圍是M2類、M3類中的B級(jí)和Ⅲ級(jí)公路客車（不含公交客車）?？蛙嚪诸惣俺叽绲龋ú糠謪⒖糋B 15089-2001、GB 15089-2004）。

1.2.2 碰撞試驗(yàn)技術(shù)指標(biāo)

①試驗(yàn)碰撞設(shè)計(jì)速度為30-32km/h，正面重疊率為100%。

②客車碰撞安全性技術(shù)要求。

試驗(yàn)后，駕駛區(qū)和副駕駛區(qū)應(yīng)保證駕駛員的生存空間。對(duì)于客車乘員的損傷要求如下：1）頭部允許指標(biāo)HIC應(yīng)小于500;2）頸部允許指標(biāo)NIC應(yīng)小于限制曲線;3）頸部對(duì)Y軸彎矩在伸張方向應(yīng)小于57Nm;4）胸部允許指標(biāo)（ThAC）：胸部合成加速度小于30g;5）大腿允許指標(biāo)FAC應(yīng)小于或等于10kN;當(dāng)力持續(xù)作用時(shí)間大于20ms時(shí)，應(yīng)小于8kN。

2 ?損傷評(píng)價(jià)方法研究

2.1 客車正面碰撞中駕乘人員的損傷特點(diǎn)

2.1.1 駕駛員的損傷特點(diǎn)

由于客車前部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及方向盤布置，客車駕駛員坐姿與乘用車駕駛員坐姿存在加大差異?？蛙囖D(zhuǎn)向管柱與垂直方向的夾角遠(yuǎn)小于乘用車，因此客車駕駛員需要調(diào)高自己的坐姿并使上身前傾以方便控制方向盤?？蛙囌媾鲎仓腥绾伪ＷC駕駛員的生存空間是客車碰撞安全性的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)。

2.1.2 客車乘員的損傷特點(diǎn)

目前，客車上使用的乘員約束系統(tǒng)[4]，為兩點(diǎn)式安全帶。在客車發(fā)生正面碰撞時(shí)，乘員因慣性繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，因兩點(diǎn)式安全帶對(duì)腹部和髖部的約束作用，使乘員停止前向運(yùn)動(dòng)。但乘員上軀干會(huì)繞兩點(diǎn)式安全帶發(fā)生旋轉(zhuǎn)，從而與前排座椅發(fā)生碰撞造成乘員的頭部和頸部的傷害。乘員損傷的減少不僅與客車乘員約束系統(tǒng)有關(guān)，與客車前部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度也有關(guān)聯(lián)。

2.2 客車車身結(jié)構(gòu)安全性評(píng)價(jià)指標(biāo)

客車車身結(jié)構(gòu)[5][6]安全性評(píng)價(jià)指標(biāo)主要是駕駛區(qū)的變形、乘員區(qū)的變形和其他尺寸的變形量，如車門對(duì)角線變化量、側(cè)窗對(duì)角線變化量、地板骨架折彎變形量。車門對(duì)角線變化量反映碰撞后車門框的變形程度，該項(xiàng)指標(biāo)的值用來判斷碰撞后車門能否正常開啟，側(cè)窗對(duì)角線變化量和地板骨架折彎變形量分別反映側(cè)窗和地板骨架被折彎變形程度。GB/T 13053-2008《客車車內(nèi)尺寸》對(duì)客車駕駛區(qū)進(jìn)行詳細(xì)的定義。

3 ?客車前部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗(yàn)方法研究

結(jié)合國內(nèi)外客車碰撞安全試驗(yàn)方法研究，建立客車前部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的試驗(yàn)方法， 《客車前部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求及試驗(yàn)方法》對(duì)客車正面碰撞的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地、實(shí)驗(yàn)用車輛以及試驗(yàn)用假人均有明確的規(guī)定。（圖1）

3.1 試驗(yàn)場(chǎng)地

試驗(yàn)場(chǎng)地需包含符合客車試驗(yàn)用的跑道、正面碰撞壁障、試驗(yàn)牽引系統(tǒng)和其他試驗(yàn)必須的技術(shù)設(shè)施。壁障前的跑道長度需大于20m并且保持水平、平坦和光滑。壁障應(yīng)為剛性壁障，壁障前部寬度不小4m，高度不小于4m且壁障前表面鉛錘，其法線與客車行駛方向的夾角應(yīng)為0°，壁障表面應(yīng)覆蓋19mm至21mm厚的膠合板。

3.2 試驗(yàn)用車輛準(zhǔn)備

試驗(yàn)車輛可不處于“可運(yùn)行”整備質(zhì)量狀態(tài)，但因保證測(cè)試車輛的質(zhì)心位置、車輛的整備位置以及車輛各部分質(zhì)量的分布情況與全部完工車輛的狀態(tài)一致。

對(duì)車輛結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、約束隔板、座椅等沒有影響的部件可用其他部件進(jìn)行替代，需保證車輛的質(zhì)心位置以及各部分質(zhì)量的分布狀況不變。

3.3 試驗(yàn)用假人要求

3.3.1 駕駛區(qū)試驗(yàn)用假人

客車正面碰撞中，為了檢驗(yàn)駕駛員的生存空間，而普通使用的假人均是由鋁合金和橡膠制作而成并且駕駛區(qū)使用的假人不需要考慮自身質(zhì)量的影響，因此駕駛區(qū)使用的假人是身材尺寸與第50百分位男性假人相近的泡沫假人。泡沫假人使用的材料時(shí)聚苯乙烯，其密度為0.0169g/cm3，泡沫假人的質(zhì)量為4.54kg。

泡沫假人的安放規(guī)則如下：①試驗(yàn)后，將人體模型無約束地放置在試驗(yàn)座椅上，使其對(duì)稱平面與試驗(yàn)乘坐位置的對(duì)稱平面相一致。②向后推人體模型膝蓋，使得人體模型的臀部與座椅靠背之間沒有間隙或者人體模型的小腿后部與座椅的前部產(chǎn)生接觸，盡量使上軀干與座椅靠背相接觸。③人體模型“H”點(diǎn)盡量與座椅實(shí)際“H”點(diǎn)重合。④固定人體模型與座椅的相對(duì)位置。⑤為了便于安裝，可以將座椅調(diào)整到最后位置，將解體后的人體模型在座椅上重新安裝，并按步驟（1）-（4）進(jìn)行調(diào)整，然后將座椅前移至中間位置。⑥人體模型的手放在大腿兩側(cè)的座墊上，肘部與座椅靠背接觸，兩腿應(yīng)盡量向前伸開，如可能應(yīng)平行，腳跟接觸地板。

3.3.2 乘員區(qū)試驗(yàn)用假人

為了研究客車前部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度對(duì)乘員[7]的損傷影響，須在乘員區(qū)放置Hybrid III 50%假人。假人在乘員區(qū)布置規(guī)則如下：①在車輛緊鄰前部約束隔板的第一排乘客座椅的每個(gè)座位，第三排更靠前的一側(cè)乘客座椅的每個(gè)座位上，各安放一個(gè)假人;②對(duì)于B級(jí)客車，左側(cè)乘客座椅：如果駕駛員座椅與緊鄰其后第一排乘客座椅之間有約束隔板，則在該第一排乘客座椅的每個(gè)座位上各安放一個(gè)假人，并同時(shí)還須在第二排乘客座椅靠窗位置安放一個(gè)假人;否則，則只在該第一排乘客座椅靠窗位置安放一個(gè)假人，并同時(shí)還須在第二排乘客座椅的每個(gè)座位各安放一個(gè)假人。

4 ?總結(jié)

本文分析了客車在公共交通中的重要性以及客車參與的道路交通事故的重要性;介紹了中國客車技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展并針對(duì)性的解讀《客車前部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求及試驗(yàn)方法》這一行業(yè)標(biāo)準(zhǔn);介紹研究了駕駛區(qū)駕駛員生存空間系數(shù)SP和乘員區(qū)乘員頭部、頸部、胸部和腿部損傷評(píng)價(jià)指標(biāo)及其影響因素;基于《客車前部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求及試驗(yàn)方法》研究客車前部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗(yàn)用場(chǎng)地、試驗(yàn)用車輛和試驗(yàn)用假人。本文對(duì)客車前部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的解讀和試驗(yàn)方法的研究有利于完善客車前部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗(yàn)方法和與客車前部結(jié)構(gòu)相關(guān)的其他客車安全性研究。

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