基于JT/T 1369—2020的營運客車正面碰撞安全性能分析

覃禎員，白芳華

（招商局檢測車輛技術(shù)研究院有限公司，重慶 401122）

營運客車碰撞事故易導(dǎo)致“群死群傷”，客車的碰撞安全性能引起了企業(yè)和社會的廣泛關(guān)注[1-3]。為了降低在碰撞事故中的乘員傷亡，我國頒布了《客車正面碰撞的乘員保護(hù)》（JT/T 1369—2020），該標(biāo)準(zhǔn)已于2020年4月1日實施[4]。本文針對該標(biāo)準(zhǔn)的試驗方法及要求，解析試驗要點及主要評價指標(biāo)要求，并總結(jié)了12輛基于該測試方法進(jìn)行客車正碰測試的車型的結(jié)構(gòu)安全性及乘員保護(hù)性能。

1 營運客車正碰測試評價

營運客車正碰試驗方法為試驗車輛以（31±1）km/h的速度100%正面碰撞剛性固定壁障。試驗前在駕駛員座椅及前排乘客座椅位置放置人體模型假人，用來評價駕駛區(qū)及前排乘客座椅區(qū)域的乘員生存空間是否發(fā)生侵入情況。駕駛區(qū)后方的乘客區(qū)則放置Hybrid III 50th男性假人，用于評價約束隔板、座椅對車內(nèi)乘員的保護(hù)性能。

1.1 駕駛員座椅及前排乘客座椅假人布置

在駕駛員座椅和前排乘客座椅上分別放置滿足JT/T 1178.1—2018附錄C.4所示的人體模型[5]，模擬乘員生存空間，通過判定生存空間是否受到前部結(jié)構(gòu)侵入來評價車輛結(jié)構(gòu)耐撞性。特別注意此前排乘客座椅是指駕駛員座椅側(cè)方，緊鄰前風(fēng)窗玻璃，其前方除了儀表板臺外無其它附件的乘客座椅[4]。

由于 GB 7258—2017[6]中第 11.6.5條款規(guī)定“客車踏步區(qū)不應(yīng)設(shè)置座椅”，JT/T 1094—2016[7]中第4.1.3條款規(guī)定“營運客車駕駛區(qū)上方不應(yīng)布置地板”。因此，對于運營車輛，B級客車駕駛區(qū)右側(cè)一般會存在所謂的前排乘客座椅，而III級客車駕駛區(qū)右側(cè)則不存在前排乘客座椅。

駕駛員座椅和前排乘客座椅的座椅調(diào)整及人體模型安放時，應(yīng)注意以下幾點：

1）縱向可調(diào)的座椅，應(yīng)調(diào)整至其中間鎖死位置；

2）高度可調(diào)的座椅，應(yīng)調(diào)到中間位置，在使用3D-H點裝置確定座椅“H”點之后，應(yīng)采用焊接方式或剛性件連接固定方式將其高度行程位置鎖死，并在車上標(biāo)記“H”點的縱向及垂向位置，便于后續(xù)定位人體模型；

3）放置人體模型時，應(yīng)確保人體模型“H”點在縱向位置盡量與之前確定座椅“H”點時所標(biāo)記的“H”點縱向位置基本重合；

4）人體模型雙腿張開，膝部盡可能避開轉(zhuǎn)向管柱，大腿與假人縱向垂面的夾角應(yīng)不超過20°；

5）人體模型手臂放在大腿兩側(cè)，人體模型調(diào)整好后，用膠帶將其固定在座椅上，盡量避免在碰撞過程與座椅產(chǎn)生相對移動量。

1.2 其他乘客座椅假人布置

在碰撞過程中，碰撞力從車輛前部傳遞到車輛尾部是一個衰減的傳遞過程，位于車輛前部區(qū)域的乘員更容易受到嚴(yán)重傷害。因此，在客車前部區(qū)域內(nèi)的座椅上布置試驗假人，通過測量假人傷害值來評定車內(nèi)的乘員保護(hù)性能。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)“在駕駛員座椅后左右第一排乘客座椅（不包括副駕駛乘客座椅）的每個座位，和第三排更靠前一側(cè)乘客座椅的每個座位上，各安放一個假人”的要求。對于駕駛區(qū)右側(cè)無前排乘客座椅的車型（通常為M3級客車），則其車內(nèi)的假人布置如圖1所示（圖中座椅上的“Δ”代表人體模型，“O”代表Hybrid III 50th假人）。

圖1 M3級客車假人布置方案

對于駕駛區(qū)右側(cè)存在前排乘客座椅的B級客車，其車內(nèi)人體模型及試驗假人的布置存在兩種方案，如圖2所示。

圖2 B級客車假人布置方案

1.3 評價方法

車輛的碰撞安全性主要從結(jié)構(gòu)耐撞性及車內(nèi)乘員保護(hù)等兩方面進(jìn)行評價。客車正碰乘員保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)從生存空間、車門開啟情況等方面來評定客車正面碰撞的結(jié)構(gòu)耐撞性，從乘員損傷、座椅及安全帶失效情況來評價車內(nèi)乘員保護(hù)性能，其主要評價指標(biāo)如表1所示。

表1 主要評價指標(biāo)

就駕駛區(qū)乘員生存空間的考核而言，標(biāo)準(zhǔn)除了要求試驗后駕駛區(qū)乘員應(yīng)有生存空間外，同時還要求碰撞過程中，生存空間不應(yīng)受到侵入，該要求高于同樣通過生存空間來評定商用車駕駛室結(jié)構(gòu)耐撞性的GB 26512—2021[8]的要求。如何正確判定碰撞過程中生存空間是否已受到侵入，是測試過程中要重點關(guān)注的問題。通常對于碰撞過程中的判定，可以借助車載相機(jī)錄像及數(shù)字量觸發(fā)開關(guān)來判定。

從假人傷害指標(biāo)限值要求可以看出，假人頸部傷害指標(biāo)依據(jù)于GB 11551—2013[9]，其它部位傷害指標(biāo)限值則依據(jù)于GB 13057—2014[10]。整車碰撞對車內(nèi)乘員保護(hù)的考核要高于座椅碰撞標(biāo)準(zhǔn)，滿足GB 13057—2014的座椅，在整車碰撞中乘員保護(hù)性能未必能滿足要求。

為降低客車碰撞過程中易出現(xiàn)座椅垮塌導(dǎo)致車內(nèi)乘員受擠壓傷害現(xiàn)象，標(biāo)準(zhǔn)對座椅及安全帶的失效情況提出了要求。另外為了確保碰撞后車輛內(nèi)乘員能夠及時逃生以及便于車外救援人員進(jìn)入車內(nèi)救援，對車門的開啟情況也做了相應(yīng)要求。但由于考慮到客車前軸前車門及門框處于碰撞變形區(qū)，在碰撞過程受擠壓發(fā)生變形導(dǎo)致無法正常開啟不可避免，故對前門試驗后是否能夠正常打開不再做考核；另外為防止在道路交通事故中，車門脫落可能撞擊到其它車輛造成二次事故，同時也可避免車內(nèi)乘員從前門甩出造成更嚴(yán)重傷害，故對碰撞過程中不容許車門發(fā)生脫落現(xiàn)象。

2 營運客車正碰安全性能分析

基于JT/T 1369—2020試驗方法對國內(nèi)主流客車企業(yè)提供的樣車進(jìn)行客車正面碰撞試驗。試驗樣車涉及11個企業(yè)共計12個產(chǎn)品，車長從5 m至12 m，每個米段至少1輛車，分為三類車型，其中M3級層半客車3輛，M3級單層客車5輛，B級客車 4輛；在這些樣車中，除了一輛樣車前部加裝了吸能裝置外，其余樣車均為企業(yè)常規(guī)車型，車輛前部結(jié)構(gòu)未做任何優(yōu)化改進(jìn)。此外為了研究三點式和兩點式安全帶對乘員保護(hù)的影響，有些樣車上放置試驗假人的雙椅，其安全帶采用混裝方式。

在12個樣車中共有效采集了47個HybridIII 50%th假人的傷害情況，其中佩戴兩點式安全帶的假人為30個，佩戴三點式安全帶的假人為17個。

2.1 車輛結(jié)構(gòu)耐撞性分析

車輛結(jié)構(gòu)耐撞性主要從生存空間及車門開啟情況方面進(jìn)行評價。

2.1.1 生存空間

試驗后，車輛前部駕駛區(qū)生存空間發(fā)生侵入的如表2所示。

表2 駕駛室生存空間受侵入情況表

從表2可以看出，總體發(fā)生侵入比例為66.6%。其中B級客車發(fā)生侵入比率為25%；M3級單層客車發(fā)生侵入比率為100%。未發(fā)生結(jié)構(gòu)侵入的車型是B級短頭車型，以及在前部加裝了吸能裝置的M3級層半樣車。就具體侵入部位而言，發(fā)生膝部侵入的比例為66.6%，同時發(fā)生膝部及腹部侵入的比例為33.3%。侵入主要是由于人體模型膝部與儀表板發(fā)生了接觸，腹部和大腿與轉(zhuǎn)向盤發(fā)生了接觸或擠壓現(xiàn)象。圖3為某樣車前部結(jié)構(gòu)變形及生存空間受侵入圖。

圖3 某樣車結(jié)構(gòu)變形及生存空間受侵入圖

由此可見，目前各企業(yè)常規(guī)車型的前部結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，難以滿足JT/T 1369對駕駛區(qū)乘員生存空間的要求，需要有針對性地進(jìn)行客車前部結(jié)構(gòu)耐撞性和優(yōu)化結(jié)構(gòu)吸能性，減少儀表板及轉(zhuǎn)向管柱的侵入，在設(shè)計時尤其是重點關(guān)注轉(zhuǎn)向管柱向后及向下侵入情況。

2.1.2 車門開啟情況

車輛前軸前方存在乘客門的車輛為 9輛，在試驗過程中有5個樣車前門被卡死，3個被擠出，1個被擠掉，僅短頭結(jié)構(gòu)的輕型客車前門能正常打開，即碰撞過程，前軸前方車門能正常打開的比例僅為11%。

此外，除 1輛平頭結(jié)構(gòu)的輕型客車中門無法正常打開外，其它樣車的中門、安全門均能正常打開，正常打開率為91.7%。

2.2 車內(nèi)乘員傷害分析

車內(nèi)乘員傷害主要從試驗假人的頭部、頸部、胸部及膝部等部位進(jìn)行評價，樣車只要存在任何假人任何部位傷害值超過標(biāo)準(zhǔn)限值，則判定該車型的乘員保護(hù)性能不滿足要求。

1）頭部傷害。樣車假人頭部傷害情況如圖4所示。

圖4 樣車假人頭部傷害情況

從圖4可以看出，有7個車型的假人頭部傷害值小于500，即僅58.3%樣車的假人頭部損傷指標(biāo)（Head Injury Criterion, HIC）值能全滿足限值要求。其中頭部HIC值超過1 000的假人為約束隔板后方佩戴兩點式安全帶的假人，原因在于碰撞過程中，假人上軀干未受到安全帶的約束，假人前傾較大導(dǎo)致其頭部直接撞擊到約束隔板橫梁。而佩戴三點式安全帶的假人，因其上軀干能被安全帶有效地約束，避免了頭部與前方約束隔板發(fā)生接觸或撞擊。此外約束隔板后方雙人椅上左右各分別佩戴兩點式和三點式安全帶的假人，其佩戴三點式安全帶的假人HIC能滿足要求，而兩點式安全帶的假人則易超過法規(guī)限值要求。

在47個假人中，佩戴三點式安全帶的假人，其頭部 HIC值均小于 500，而佩戴兩點式安全帶的假人，其頭部HIC值通過率僅為73.4%。

上述分析結(jié)果表明，與兩點式安全帶相比，三點式安全帶更有利于對假人頭部的保護(hù)。

2）頸部傷害。在12個樣車中，有 9個樣車中的假人出現(xiàn)頸部傷害超過標(biāo)準(zhǔn)要求，即只有25%的樣車車內(nèi)所有假人的頸部傷害全滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。其中佩戴兩點式安全帶和三點式安全帶的假人頸部傷害通過率如圖5所示。

圖5表明佩戴三點式安全帶頸部傷害通過率高于兩點式安全帶 29%。可以看出，車輛配置三點式安全帶更有利于對車內(nèi)乘員頸部的保護(hù)。

圖5 不同安全帶形式乘員頸部傷害通過率

3）胸部傷害。在 12輛樣車中，有9個車型的車內(nèi)所有假人的胸部傷害值（Thpc＜30 g）滿足法規(guī)要求，通過率為 75%。其中佩戴兩點式安全帶和三點式安全帶的假人胸部傷害通過率如圖6所示。

圖6 不同安全帶形式乘員胸部傷害通過率

對于胸部傷害而言，三點式安全帶的通過率略低于兩點式安全帶。原因在于佩戴三點式安全帶的假人，在碰撞過程，其胸部受到了安全帶的約束力作用，雖胸部加速度值有所增加，但由于安全帶的約束作用，避免了假人頭部與前方座椅靠背或隔板發(fā)生較大沖擊，更有利于對假人頭部、頸部的保護(hù)。通過優(yōu)化車輛前部結(jié)構(gòu)吸能性，適當(dāng)降低整車碰撞減速度峰值，可以在一定程度上降低碰撞過程中假人胸部所受的約束力。

4）膝部傷害情況。在 12輛樣車中，假人膝部損傷值均能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，最大壓縮力僅為4.8 kN。

2.3 改進(jìn)措施

從上述分析可以看出，國內(nèi)各企業(yè)營運客車的客車正碰結(jié)構(gòu)安全性堪憂，發(fā)生碰撞時駕駛區(qū)乘員生存空間及車內(nèi)乘員頭部、頸部傷害較難滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。企業(yè)需要進(jìn)一步提升車輛結(jié)構(gòu)耐撞性及車內(nèi)乘員保護(hù)性能，以應(yīng)對新標(biāo)準(zhǔn)要求。在產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)過程中，可從以下幾個方面采取措施：

1）全車配置三點式安全帶，更有利于對乘員頭部、頸部的保護(hù)。

2）有必要開展客車碰撞安全計算機(jī)輔助工程（Computer Aided Engineering, CAE）分析，優(yōu)化客車前部結(jié)構(gòu)耐撞性及吸能性能，降低車輛碰撞減速度、減少儀表板及轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的侵入勢在必行。

3）改進(jìn)轉(zhuǎn)向管柱的固定方式，盡量避免直接與前圍結(jié)構(gòu)直接連接，避免碰撞過程初期就受前圍結(jié)構(gòu)擠壓，導(dǎo)致轉(zhuǎn)向盤向后及向下侵入，擠壓到人體模型的腹部或大腿。

3 結(jié)束語

客車的碰撞安全性能引起了社會的廣泛關(guān)注和重視。本文研究國內(nèi)主流客車企業(yè)的客車前部結(jié)構(gòu)安全性及車內(nèi)乘員傷害情況，并提出客車正碰安全性能改進(jìn)措施，為企業(yè)客車產(chǎn)品安全性設(shè)計開發(fā)提供參考借鑒。