座椅安全帶樣式在碰撞中對乘員頭部傷害的影響

任繼偉　顧海明

摘 要：常見的客車座椅安全帶樣式一般為兩點式和三點式兩種。本文以正在施行的GB13057-2014的大量數(shù)據(jù)為基礎，對采用兩種安全帶樣式的客車座椅在發(fā)生碰撞時對乘員頭部的傷害規(guī)律進行研究并得出以下結論：1，采用三點式安全帶的客車在碰撞中乘員頭部與前椅發(fā)生接觸的概率比兩點式的低。2，當采用兩種不同安全帶約束的乘員在碰撞中頭部均與前椅接觸時，采用三點式安全帶約束的乘員頭部傷害值的平均值比兩點式的低。并通過一系列試驗總結兩種安全帶的特點，為廠家的設計研發(fā)提供參考依據(jù)，減低研發(fā)成本，提高設計效率。

關鍵詞：客車座椅 安全帶樣式 碰撞 頭部傷害

Influence of seat belt style on head injury of passenger in collision

Ren Jiwei Gu Haiming

Abstract：Common passenger car seat belt styles are generally two point type and three point type. Based on a large amount of data of GB13057-2014 being implemented， this paper studies the injury law of dummies' heads in the collision of bus seats with two types of seat belts and reaches the following conclusions： 1. The probability of dummies' heads contacting the front chair in the collision of buses with three-point seat belts is lower than that with two-point belts.2. When the heads of the dummies with two different seat belt constraints are in contact with the front chair in the collision， the average head injury value of the dummies with the three-point seat belt constraint is lower than the two-point one. Through a series of experiments， the characteristics of the two safety belts are summarized to provide reference basis for manufacturers' design and development， reduce r&d cost and improve design efficiency.

Key words：bus seat， safety belt style， collision， head injury

1 引言

客車是日常生活中重要的交通工具之一，其安全性一直備受關注。近年以來，伴隨著客車應用越來越普及，以及日益復雜的交通環(huán)境，客車的交通事故一直呈上升的趨勢，連年遞增的傷亡數(shù)字更是觸目驚心。2017年8月10日，陜西安康境內(nèi)京昆高速公路秦嶺1號隧道，發(fā)生一起大客車碰撞隧道口的交通事故，當該車行駛至秦嶺1號隧道南口1164公里867米處時，正面沖撞隧道洞口端墻，導致車輛前部嚴重損毀變形、座椅脫落擠壓造成36人死亡13人受傷，直接經(jīng)濟損失3533余萬元。2019年9月28日上午，G25長深高速發(fā)生一起特別重大交通事故，—輛由南向北行駛大客車（核載69人，實載69人）在行至該路段時，沖破道路中央隔離帶駛入對向車道，與一輛由北向南行駛的的半掛貨車（貨車上有3人）相撞。該事故共造成36人死亡、36人受傷。

在這些事故中固然有司機違法駕駛，超載，超速等人為因素，但客車安全帶防護設計不達標也是傷亡居高不下的重要原因。

在客車發(fā)生碰撞事故時，車身的速度會急劇下降，駕乘者的身體會在慣性的作用下高速向前移動。這時安全帶能夠約束住駕乘者的身體，吸收沖擊所帶來的一部分能量，減少對駕乘者的傷害。在現(xiàn)行的GB13057-2014《客車座椅及其車輛固定件的強度》法規(guī)中規(guī)定：試驗后，假人軀干和頭部的任何部分向前位移應不超過位于輔助座椅R點前1.6m的橫向垂面。乘坐的乘客不能受到嚴重傷害，頭部允許指標（HIC）：小于500;胸部允許指標（ThAC）：小于30g（持續(xù)作用時間小于3ms的峰值除外）;腿部允許指標（FAC）：小于10KN，當持續(xù)作用大于20ms時，應小于8KN。大量客車座椅碰撞試驗數(shù)據(jù)和實際交通事故案例表明，在客車發(fā)生碰撞時，乘員受到的主要是來自于頭部的傷害?；谥圃斐杀竞统丝统俗孢m性等原因，目前客車座椅上用到的安全帶一般分為三點式和兩點式兩種。因此本文著手研究客車座椅兩點式與三點式安全帶在碰撞中對頭部傷害的影響。

2 試驗方法

2.1 試驗波形

采用加速臺車進行試驗，試驗波形以GB13057-2014法規(guī)規(guī)定為準。臺車模擬的碰撞速度在30km/h-32km/h之間;平均減速度/加速度應在6.5g-8.5g之間（圖1）。

2.2 假人設備

采用GB13057-2014法規(guī)中規(guī)定的HYBRID Ⅲ型假人進行試驗。采集頭部加速度X、Y、Z三項數(shù)據(jù)。

2.3 試驗類型

隨機選取不同廠家近期采用兩點式安全帶和三點式安全帶的客車座椅試驗各50次進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。

3 試驗結果統(tǒng)計

3.1 兩點式安全帶試驗結果統(tǒng)計

在本次抽取的50次采用兩點式安全帶的客車座椅碰撞試驗中，試驗假人頭部與前椅發(fā)生接觸的次數(shù)為50次，占本次抽取試驗總數(shù)的100%。試驗假人頭部未與前椅發(fā)生接觸的次數(shù)為0次，占本次抽取試驗總數(shù)的0%。

在本次抽取的試驗中，假人頭部傷害值HIC在[0-100）之間的有1次，占2%。在[100-200）之間的有5次，占10%。在[200-300）之間的有9次，占18%。在[300-400）之間的有13次，占26%。在[400-500）之間的有16次，占32%。在500及以上的有6次，占12%。

根據(jù)GB13057-2014《客車座椅及其車輛固定件的強度》法規(guī)中對頭部傷害值的判定，頭部允許指標（HIC）小于500的試驗可判定為合格，因此本次抽檢的合格率為88%。

3.2 三點式安全帶試驗結果統(tǒng)計

在本次抽取的50次采用三點式安全帶的客車座椅碰撞試驗中，試驗假人頭部與前椅發(fā)生接觸的次數(shù)為11次，占本次抽取試驗總數(shù)的22%。試驗假人頭部未與前椅發(fā)生接觸的次數(shù)為39次，占本次抽取試驗總數(shù)的78%。

在本次抽取的50次試驗中，有39次假人頭部與前椅未發(fā)生接觸，因此不考慮其假人頭部傷害值HIC。在發(fā)生接觸的試驗中，假人頭部傷害值HIC在[0-100）之間的有1次，占本次抽取試驗總數(shù)的2%。在[100-200）之間的有7次，占14%。在[200-300）之間的有2次，占4%。在[300-400）之間的有1次，占2%。在[400-500）之間的有0次，占0%。在500及以上的有0次，占0%。

根據(jù)GB13057-2014《客車座椅及其車輛固定件的強度》法規(guī)中對頭部傷害值的判定，頭部允許指標（HIC）小于500的試驗可判定為合格，因此本次抽檢的合格率為100%。

4 試驗結果分析

4.1 兩點式安全帶客車座椅碰撞試驗結果分析

采用兩點式安全帶的客車座椅碰撞試驗中，所有試驗中使用的兩點式安全帶均能在一定程度上限制固定假人，未出現(xiàn)假人被拋擲的情形。但由于其使用的兩點式安全帶只能對假人的腰腹部進行限制，假人肩部無法勒緊，肩部處于自由的狀態(tài)，所以所有試驗假人頭部均與前椅發(fā)生了接觸。因不同廠家不同批次的客車座椅前椅在座椅骨架材質、結構、蒙皮面料、座椅泡棉以及吸能性等方面不盡相同，故同一波形，試驗條件等都相同的情況下對假人頭部造成了程度不等的傷害。

頭部傷害值HIC在[200-500）的試驗次數(shù)占總試驗數(shù)的76%，滿足國標要求，但一旦發(fā)生碰撞，還是會對客車乘員的頭部造成了一定程度的傷害。本次抽檢的合格率為88%，故得出結論：采用兩點式安全帶的客車座椅在碰撞試驗中HIC整體數(shù)值較大并且有超過標準限值的風險。

4.2 三點式安全帶客車座椅碰撞試驗結果分析

采用三點式安全帶的客車座椅碰撞試驗中，所有試驗中使用的三點式安全帶均能很好的限制固定假人，未出現(xiàn)假人被拋擲的情形。三點式安全帶能對假人的腰腹部，肩部均能進行有效的限制，延長了減速時間，在一定程度上使得制動距離增加，從而極大程度的限制了乘員頭部前傾導致的強烈撞擊。故有39次試驗假人頭部未與前椅發(fā)生接觸，占總試驗次數(shù)的78%。

在試驗假人頭部與前椅發(fā)生撞擊的11次試驗中，高傷害值HIC在[200-500）的試驗次數(shù)為3次，僅占總試驗數(shù)的6%。故得出以下結論：采用三點式安全帶的客車座椅在碰撞試驗中能夠很好地限制假人軀干及其頭部的運動，HIC整體平均數(shù)值較小。

5 結論

以上試驗數(shù)據(jù)表明，在GB13057-2014標準動態(tài)試驗中，使用兩點式安全帶的客車座椅能夠限制假人軀干在慣性作用下的向前運動，但對于假人頭部卻起不到任何限制的作用，假人頭部與前椅發(fā)生碰撞的幾率很高。為保證假人頭部傷害值HIC不超過國標限值，使用兩點式安全帶的客車座椅廠家只能通過更改前椅的骨架，結構，增大泡棉的厚度等措施來減少對假人頭部的傷害。而使用三點式安全帶的客車座椅可以很好的限制假人軀干與頭部的運動，在很大程度上減少乘員頭部與前椅的接觸。因此，廠家在客車座椅上選用三點式安全帶可以極大程度的解決在試驗中傷害值HIC超過國標限值的問題。

當采用兩種不同安全帶約束的假人在碰撞中頭部均與前椅接觸，且頭部傷害值HIC均滿足國標時，采用三點式安全帶約束的假人頭部傷害值的平均值比兩點式的小。故采用三點式安全帶可優(yōu)化碰撞防護，進一步減小對乘員頭部的傷害。

參考文獻：

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[2]劉志新，婁磊，張曉龍《基于新校車安全法規(guī)試驗的乘員傷害分析》.

[3]洪漢池，黃紅武《客車側翻碰撞中安全帶對乘員損傷的影響分析》.

[4]朱鵬鵬《大客車正面碰撞乘客損傷防護研究》.