汽車開門碰撞的危險特征與防范技術研究*

王洪明

(四川交通職業技術學院 公路交通安全四川省高校重點實驗室， 四川 成都 611130)

汽車開門碰撞事故是指汽車在道路上停車開門時，向外展開的車門或下車乘員與其他車輛、行人發生碰撞造成的人員傷亡和財產損失事故。這類事故在交通事故中所占比例較小，以致迄今在中國只籠統將其歸入汽車碰撞類事故而沒有作細致統計研究。但近年來隨著汽車的快速普及，開門碰撞事故發生量顯著增多，且極易引發嚴重次生傷亡后果。Jansch M.等通過分析德國深度事故研究數據庫(GIDAS)數據，發現汽車靠右側路邊停車發生的事故數約為靠左側路邊停車的5倍，其中左前門占80%、右前門占18%，并預測德國的開門碰撞事故發生率約為6.4%。近年來對開門碰撞事故防范的研究多集中于通過圖像或激光、超聲波等傳感技術獲取后方來車及其速度和距離，當發現存在安全威脅時控制車門開啟或向開門乘員發出危險警示。這些研究雖然對幫助乘員發現危險和避免開門碰撞具有積極作用，但由于對存在安全威脅的危險目標范圍缺乏準確界定，加上現有傳感檢測技術的局限性，普遍存在開機響應遲緩、危險偵測精度低、誤報率高和系統結構復雜、造價高等不足。為此，該文通過分析平開式車門的碰撞危險區特征及碰撞影響因素，研究具有較高安全可靠性和實用性的防撞技術措施。

1 汽車的開門碰撞危險區

1.1 開門碰撞事故的形態劃分

開門碰撞事故是由開啟的車門和下車乘員侵入側向道路，與其他車輛和行人形成交通沖突，并且雙方對沖突避險失敗而導致的。按照雙方的相對運動與作用關系不同，事故可分為2種形態：

(1) 橫向碰撞。這類事故是指停駛車開門時，向外展開的車門橫向碰撞正處于車門外側的其他車輛和行人。碰撞部位位于停駛車的車門外表和對方的相鄰一側表面，其中車門的碰撞部位隨碰撞時開門角度增大而向門體的開口端集中。碰撞受力主要取決于下車乘員的開門推力，方向與車門在碰撞時的轉動切線方向一致，所造成的損害后果通常較輕。但當碰撞自行車或摩托車時也可能導致其偏駛或翻倒，進而被其他車輛碰撞或碾壓。

(2) 縱向碰撞。這類事故是指停駛車向外展開的車門或下車乘員與后方來車及行人發生碰撞，以碰撞來車為主，是開門碰撞事故的主要形態。碰撞部位通常位于停駛車的開門內側和來車的車頭前部，當來車有變道避讓時也可能位于開門一側的車身。碰撞受力主要取決于來車在碰撞時的行駛動能，方向與其行駛路線基本一致，損害后果普遍重于橫向碰撞。尤其是當自行車、摩托車碰撞車門的開口端時，受門體轉動及分力影響極易發生翻倒，造成嚴重摔跌或被其他車輛碰撞碾壓。

1.2 橫向碰撞危險區

汽車在閉門狀態的橫向最寬處為后視鏡外端，在道路上停駛時，其他車輛和行人需從其側面通行并避開后視鏡。當停駛車開門時，由于車門的外展寬度大于后視鏡寬度，容易與側面相距較近的行進車輛和行人形成交叉沖突，引起橫向碰撞危險。

由于在交叉沖突形成之初對方車輛或行人已到達或瀕臨到達開門位置，不僅與車門大致呈橫向并列狀態，駕駛人或行人的注視點通常投向行進前方，很難覺察到側面的停駛車開門動態，而且與車門相距很近，缺乏對其橫向展開運動的躲避條件，沖突的發生與向事故轉化的風險幾乎完全受下車乘員開門行為的影響，相應的碰撞危險區也由車門的橫向展開范圍決定。如圖1所示，橫向碰撞的危險區范圍包括車門扇形展開區橫向超出后視鏡外端縱切線L1的部分，其長度s和寬度w分別為：

圖1 橫向碰撞危險區示意圖

s≤wm

(1)

w=wmsinα-wj

(2)

式中：wm為車門的水平寬度(m)；α為車門的向外開啟角度(°)；wj為后視鏡寬度(m)。

1.3 縱向碰撞危險區

當停駛車開門向外超出后視鏡寬度后，行進路線靠近停駛車的后方來車需進一步橫向避開向外展開的車門，否則將與展開的車門和露出車外的下車乘員形成定點沖突，引起縱向碰撞危險。由于沖突點相對靜止于來車的行進方向，駕駛人除視線受其他車輛或環境因素影響外，通常能直接觀察到開門沖突，但能否阻止沖突向事故轉化同時取決于停駛車的開門狀態和來車的避險條件。

如圖2所示，由于下車乘員隨開門過程最初露出車外的范圍通常橫向不超出車門的展開寬度，縱向不超出車門的對應門框區域，而來車對開門沖突有從停駛車的側面超越通過和在停駛車后方減速乃至停車等候2種避險方式，縱向碰撞的危險區位于所開啟車門的門框后方，并沿來車行駛路線呈一帶狀。其寬度與橫向碰撞相似，為沿來車行駛方向的后視鏡外端切線L1和車門開口端切線L2之間區域，長度則等于來車從發現開門沖突時所在位置A至到達下車乘員露出區后端位置C之前成功避開危險的臨界避險距離。

圖2 縱向碰撞危險區示意圖

1.3.1 超越方式的臨界避險距離

當停駛車的側面具有可供來車超越的道路和交通條件時，來車通常采取向其側面部分變道超越的方式避險，并且為了避免變道過程中轉彎內輪差影響其他車輛、行人通行和避險失敗，需要先向外后向內交替進行2次轉向操作，使后軸車輪在到達避險行程止點之前完成向一側變道行駛。

如圖3所示，假設來車駕駛人在其車輛后軸到達A線時發現開門沖突，經反應后從車輛后軸到達B線開始，交替以一定方向盤轉角進行變道行駛，使后軸在到達C線之前橫向駛出碰撞危險區，忽略轉向輪對方向盤轉角的瞬態響應過程，則根據勾股定律，來車后軸中心點的轉彎半徑r可按式(3)計算，來車的后軸中心位置橫向加速度a可按式(4)計算，后車從發現前方停駛車開門沖突開始至完成向側面變道的臨界避險距離sb可按式(5)計算。

圖3 超越避險距離示意圖

(3)

式中：sr為B、C兩線的縱向距離(m)。

(4)

式中：v為來車的行駛速度(km/h)。

(5)

式中：t0為駕駛人反應時間，宜按較大值取1.0 s；為確保來車安全避險且不過分影響其行駛平順性，參照人體的“不舒服”減速度值，a不超過2.0 m/s2。

1.3.2 停車方式的臨界避險距離

當停駛車開門一側的道路上有其他車輛、行人或路面障礙時，后方來車只能在停駛車的后方減速或停車避險，以停車為避險極限狀態。此外，與超越避險所不同的是，來車在停止后需確保其車頭前部不超出避險行程止點。

如圖4所示，假設來車駕駛人在其車頭到達A線時發現開門沖突，經反應后從車頭到達B線開始以一定減速度制動減速，使車輛在車頭到達C線之前停止。根據制動原理，來車制動停車所需臨界避險距離st為：

圖4 停車避險距離示意圖

(6)

式中：t1、t2分別為來車的制動系統去間隙時間和制動力上升時間，二者合稱制動協調時間，不同類型汽車的最大允許值為0.35～0.80 s；k為附著系數修正值，全輪制動取1；φ為路面附著系數，瀝青和水泥路面為0.5～1.0；g為重力加速度。

1.4 碰撞危險區的綜合范圍

顯然，汽車開門發生橫向和縱向碰撞的危險區范圍在長度方向上首尾相接為一整體，對于有前后多道車門的汽車，各車門的危險區范圍有相當部分彼此重疊。為方便對開門碰撞風險的整體識別，將同側不同車門的橫向、縱向碰撞危險區統一整合為由最前車門的橫向碰撞危險區前端至最后車門的縱向碰撞危險區后端的整個區域，同時為提高避險的安全可靠性，在確定最后車門的縱向碰撞危險區后端位置時，將停駛車的尾部橫切線作為來車的避險行程止點。

2 影響碰撞的主要因素

雖然汽車開門形成交通沖突是造成碰撞的最直接原因，但除非沖突雙方對危險躲避失敗，否則沖突并不必然會演變為碰撞事故。影響沖突形成和避險成敗的因素主要有：

(1) 視野盲區。視野是影響雙方觀察發現開門沖突的最主要因素。一方面，車內乘員的視野受門柱、窗框等車體構件阻擋，且不同座位和觀察方向的差異較大，其中以各座位的側后方受影響最嚴重，易引起開門沖突。而汽車現有后視鏡等間接視野措施都主要供駕駛人使用，對其他乘員的側后方視野盲區幾乎沒有彌補作用，乘員在開門時較難準確觀察后方來車及行人情況。另一方面，由于道路交通實行單側通行制，不僅停車一般位于道路右(或左)側，而且汽車的駕駛座偏置于左(或右)側，在近距離跟隨大型車輛行駛時，駕駛人的視線易受到遮擋而難以觀察到路邊停車的開門情況。

(2) 視距不足或強光耀眼。視距不足或強光耀眼也是影響碰撞雙方及時觀察發現開門沖突的重要因素。人的視力在夜晚、隧道等低照度環境，霧、雨、雪、沙塵等不良天氣，夜晚被汽車前照燈的強光耀眼時均會變差，有效視距相比正常情況縮短，在相應道路環境中停車開門發生碰撞的風險顯著增大。

(3) 碰撞風險不易識別。由于開門碰撞危險區整體沿來車行進路線呈一狹長區域，且長度取決于來車的行進速度和避險方式，當停車路段限速較高且道路存在明顯平縱曲線或路面標線不清晰、有其他車輛干擾和障礙物等時，來車行進路線往往并不穩定，從開門乘員的視角位置無論是人工觀察還是傳感器檢測，均難以確保及時發現和準確判斷存在碰撞危險的對象，易導致風險誤判。

(4) 開門過程不受控制。汽車一般具有多道車門，除駕駛人主動控制或汽車經一定速度行駛后自動鎖止車門外，所有乘員都能不受限地自行開啟其所在側的車門。即便是車門已被鎖止的情況下需要駕駛人操作解鎖，其操作目的也僅限于解除車門鎖止，并不能控制車門的具體開啟時機和展開過程，在駕駛人自身和乘員任一方存在疏忽的情況下均可能未觀察確認外部情況就徑直開門，從而引發開門沖突乃至碰撞事故。

(5) 乘員缺乏開門風險意識。包括駕駛人在內的停駛車乘員開門行為是引起開門沖突的關鍵。對成都市溫江區萬盛地鐵站和楊柳河地鐵站外道路臨時停車進行觀測發現，在能夠觀察到乘員開門行為的112起停車下人過程中，有19起的乘員在開門前沒有明顯的向后觀察動作，并且是未加任何停頓地一次性將車門向外推開，而其中7起引起后方摩托車、汽車鳴笛示警和制動繞行。雖然經問詢了解，上述人員疏于觀察和確認來車的急開門行為主要受急于下車趕時間和有車外人員召喚、接打電話等因素影響，但根本還是主觀上缺乏在路上停車開門可能引發碰撞的風險意識。

(6) 來車及行人對停駛車開門缺乏防備。在路上停車開門引起交通沖突和造成事故也與目前汽車對其開門過程沒有相應的警示信號，其他車輛和行人對其開門活動缺乏防備有關。一般而言，任何在路邊停放且不能確認其內部無人的車輛都有突然開門的可能，行進路線與其靠近的其他車輛和行人都必須對其開門風險保持警惕，與之保持相應橫向間距或提前做好變道、制動準備。

3 防范措施

針對目前人工觀察和傳感器檢測碰撞風險方面的不足，建議從控制開門過程和增加開門警示措施入手，提高事故防范措施的可靠性和實用性。

3.1 防止乘員急開門行為

下車乘員未觀察確認車外情況就徑直開門的急開門行為是引發碰撞的根源。鑒于車內向后觀察視野不足及部分乘員對開門行為缺乏自律等，有必要對乘員在非緊急情況下開門過程采取強制性分段控制措施，使車門在解鎖后的向外開啟過程首先經歷一個開幅受限的預開段，并在段內稍作停頓后才能繼續向外大幅展開。采取分段控制不僅有助于防止車門突然大幅外開危及其他車輛及行人，還能在預開段使乘員不降下車窗玻璃即可擴大側后方視野以方便觀察，也有助于引起外部車輛和行人的注意。為防止預開狀態的車門與外部車輛和行人發生刮撞，車門的預開幅應嚴格限制在同側后視鏡的外端縱切線L1以內。

受結構原理的影響，汽車現有門鎖的半鎖檔位不具有強制開門約束功能，并且允許的車門開幅極小，不能達到防碰撞預開的目的。為此，設計一種由鎖芯、電磁座和控制電路組成，可有效控制車門預開幅和預開停頓的防急開裝置。如圖5所示，鎖芯的推板與中心柱、底板連為整體，固定安裝于車門內側與門框貼合位置，導板通過其中部的方孔套裝在中心柱上，并與柱銷、銜鐵組成可沿中心柱往復滑動的動組，動組在初始狀態被彈簧推壓至銜鐵外表與車門內飾板平齊；電磁座裝設于門框上并與車門關閉時的鎖芯銜鐵貼合，其內部為通電時可產生磁力的線圈及磁芯；當電磁座與銜鐵貼合時，控制電路通過觸臺和觸頭連接向線圈提供工作電流。下車乘員開始解鎖開門時，線圈通電產生磁力將銜鐵吸合，之后動組在乘員的開門推力作用下壓縮彈簧使銜鐵向門框方向伸出鎖芯，車門得以部分開啟；彈簧被壓縮至極限位置后，車門到達預開段的最大開幅，這時乘員必須停止推門，使車門在彈簧張力作用下微幅回收；控制電路在檢測到車門微幅回收后，停止向線圈供電，使動組因銜鐵失去磁力吸合而在彈簧作用下縮回鎖芯，車門得以越過初開段繼續向外推開。

圖5 防車門急開裝置示意圖

3.2 為外部車輛和行人保留避險時間

車門在預開段應停頓必要的時長，以滿足在其開門時已進入相應碰撞危險區的車輛及行人能正常通過，同時為還未進入碰撞危險區的后續來車提供足夠的觀察和避險反應時間。

盡管碰撞危險區的長度與來車實際采取的避險方式有關，且開門乘員無法準確預測來車將采取怎樣的避險措施，但根據式(5)、式(6)，來車在相同行駛速度下有st>sb，且二者均遠大于s。為確保避險安全，如式(7)所示，可統一按照對縱向碰撞的停車避險方式來確定車門預開段的停頓時長t，使t不小于瀕臨進入碰撞危險區的來車從發現開門沖突開始至到達停駛車尾部之前實現停車的制動反應與減速時間，保證開門時已在相應危險區內的車輛和行人能正常通過，而尚在危險區外的車輛及行人能從容繞行或停止避讓。

(7)

式中：s′為停駛車的最后一道車門框后端至車尾的距離(m)。

由于s′通常較小，為簡化t的計算并確保不同類型的來車都能安全避險，將式(7)中的第2、3、5項整體參照最大汽車制動協調時間允許值取0.80 s，并按常規瀝青和水泥路面的較低值取φ=0.5，使t只根據來車的行駛速度v確定。

汽車在道路上的行駛速度受多種因素影響，其中道路條件和交通管理因素的影響最重要。中國高速公路和城市快速路都禁止車輛在非緊急情況下停車，并設有專門緊急停車帶和應急車道供應急停車使用，只有在普通公路和城市道路上停車才有為外部車輛保留避險時間的必要。為簡化控制裝置的結構以確保其可靠性，同時不過分增加下車乘員的開門延誤，在不能及時、準確地檢測后方來車行駛速度的情況下，可按普通道路的最高限速80 km/h統一設定車門在預開段的停頓時長，由式(7)計算得t=3.9 s，取整為4 s。

3.3 向車輛內外發出開門警示信號

包括乘員遭遇危險需緊急逃離的應急開門情形在內，讓汽車在車門開始向外展開之前和展開期間都發出一定的警示信號，將有助于提示開門乘員注意觀察車外危險和提醒后方來車及行人注意避讓。根據人的感知特性和對不同警告方式的應激反應能力，對開門乘員采用不受視野限制且易于引起無意注意的聲音信號警示，對外部車輛和行人采用在道路環境中不受噪聲掩蔽且具有較好辨識度的紅色或黃色閃爍光信號。如圖6所示，為便于其他車輛駕駛人和行人觀察，以開門前發出預警信號和開門后持續提示來車避讓車門為目的，分別為每道車門在外側門鈕后端設置一預警燈，在門內側的開口端設置一防撞燈。

圖6 報警燈安裝位置示意圖

防急開裝置和警示信號的工作狀態由車門內側的門鈕和控制電路綜合控制。如圖7所示，當下車乘員拉開門鈕時，警示信號將先于車門解鎖之前開啟，并持續至車門被重新關閉，防急開裝置則在汽車的應急開關(即危險報警燈開關)未按下的情況下使銜鐵吸合，車門開啟處于受控狀態；當乘員遭遇危險必須緊急逃離時，按下汽車的應急開關，使防急開裝置的銜鐵釋放，車門可自由開啟，但警示信號仍照常工作。

圖7 開門控制流程

4 結論

(1) 汽車開門碰撞是由乘員的急開門行為引起的，受車內視野盲區、環境視距、碰撞危險區特征和人員安全意識等因素影響，當碰撞自行車、摩托車時容易導致嚴重次生傷亡事故。

(2) 開門碰撞危險區整體位于車門展開位置后方，沿來車的行駛路線呈狹長帶狀，具體范圍取決于開門寬度和來車的行進速度與避險方式。受道路及交通環境影響，通常難以通過人員觀察和檢測技術準確、及時地識別來車的碰撞風險。

(3) 為防范乘員急開門行為和改善來車及行人的避險條件，應對車門的非緊急開啟采取強制性分段限制，使車門在預開段的最大開幅不超過同側后視鏡寬度，停頓時長按照來車在普通道路上以最高限速行駛的停車避險需要統一設為4 s，并在開門時向車內發出聲音警示信號、向車外發出紅色或黃色閃爍預警光信號和防撞光信號。