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研究院有限公司，重慶 401122）

營運客車碰撞事故易導致“群死群傷”，客車的碰撞安全性能引起了企業和社會的廣泛關注[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》（JT/T 1369—2020），該標準已于2020年4月1日實施[4]。本文針對該標準的試驗方法及要求，解析試驗要點及主要評價指標要求，并總結了12輛基于該測試方法進行客車正碰測試的車型的結構安全性及乘員保護性能。

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，用來評價駕駛區及前排乘客座椅區域的乘員生存空間是否發生侵入情況。駕駛區后方的乘客區則放置Hybrid III 50th男性假人，用于評價約束隔板、座椅對車內乘員的保護性能。

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構侵入來評價車輛結構耐撞性。特別注意此前排乘客座椅是指駕駛員座椅側方，緊鄰前風窗玻璃，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條款規定“客車踏步區不應設置座椅”，JT/T 1094—2016[7]中第4.1.3條款規定“營運客車駕駛區上方不應布置地板”。因此，對于運營車輛，B級客車駕駛區右側一般會存在所謂的前排乘客座椅，而III級客車駕駛區右側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整及人體模型安放時，應注意以下幾點：

1）縱向可調的座椅，應調整至其中間鎖死位置；

2）高度可調的座椅，應調到中間位置，在使用3D-H點裝置確定座椅“H”點之后，應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，并在車上標記“H”點的縱向及垂向位置，便于后續定位人體模型；

3）放置人體模型時，應確保人體模型“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，膝部盡可能避開轉向管柱，大腿與假人縱向垂面的夾角應不超過20°；

5）人體模型手臂放在大腿兩側，人體模型調整好后，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，位于車輛前部區域的乘員更容易受到嚴重傷害。因此，在客車前部區域內的座椅上布置試驗假人，通過測量假人傷害值來評定車內的乘員保護性能。根據標準“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。對于駕駛區右側無前排乘客座椅的車型（通常為M3級客車），則其車內的假人布置如圖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

對于駕駛區右側存在前排乘客座椅的B級客車，其車內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構耐撞性及車內乘員保護等兩方面進行評價。客車正碰乘員保護標準從生存空間、車門開啟情況等方面來評定客車正面碰撞的結構耐撞性，從乘員損傷、座椅及安全帶失效情況來評價車內乘員保護性能，其主要評價指標如表1所示。

表1 主要評價指標

就駕駛區乘員生存空間的考核而言，標準除了要求試驗后駕駛區乘員應有生存空間外，同時還要求碰撞過程中，生存空間不應受到侵入，該要求高于同樣通過生存空間來評定商用車駕駛室結構耐撞性的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注的問題。通常對于碰撞過程中的判定，可以借助車載相機錄像及數字量觸發開關來判定。

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

為降低客車碰撞過程中易出現座椅垮塌導致車內乘員受擠壓傷害現象，標準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乘員能夠及時逃生以及便于車外救援人員進入車內救援，對車門的開啟情況也做了相應要求。但由于考慮到客車前軸前車門及門框處于碰撞變形區，在碰撞過程受擠壓發生變形導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，同時也可避免車內乘員從前門甩出造成更嚴重傷害，故對碰撞過程中不容許車門發生脫落現象。

2 營運客車正碰安全性能分析

基于JT/T 1369—2020試驗方法對國內主流客車企業提供的樣車進行客車正面碰撞試驗。試驗樣車涉及11個企業共計12個產品，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，其余樣車均為企業常規車型，車輛前部結構未做任何優化改進。此外為了研究三點式和兩點式安全帶對乘員保護的影響，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 車輛結構耐撞性分析

車輛結構耐撞性主要從生存空間及車門開啟情況方面進行評價。

2.1.1 生存空間

試驗后，車輛前部駕駛區生存空間發生侵入的如表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，總體發生侵入比例為66.6%。其中B級客車發生侵入比率為25%；M3級單層客車發生侵入比率為100%。未發生結構侵入的車型是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，發生膝部侵入的比例為66.6%，同時發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生了接觸，腹部和大腿與轉向盤發生了接觸或擠壓現象。圖3為某樣車前部結構變形及生存空間受侵入圖。

圖3 某樣車結構變形及生存空間受侵入圖

由此可見，目前各企業常規車型的前部結構設計方案，難以滿足JT/T 1369對駕駛區乘員生存空間的要求，需要有針對性地進行客車前部結構耐撞性和優化結構吸能性，減少儀表板及轉向管柱的侵入，在設計時尤其是重點關注轉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，僅短頭結構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輛平頭結構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 車內乘員傷害分析

車內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行評價，樣車只要存在任何假人任何部位傷害值超過標準限值，則判定該車型的乘員保護性能不滿足要求。

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（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。

2）頸部傷害。在12個樣車中，有 9個樣車中的假人出現頸部傷害超過標準要求，即只有25%的樣車車內所有假人的頸部傷害全滿足標準要求。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乘員頸部的保護。

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個車型的車內所有假人的胸部傷害值（Thpc＜30 g）滿足法規要求，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生較大沖擊，更有利于對假人頭部、頸部的保護。通過優化車輛前部結構吸能性，適當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準要求，最大壓縮力僅為4.8 kN。

2.3 改進措施

從上述分析可以看出，國內各企業營運客車的客車正碰結構安全性堪憂，發生碰撞時駕駛區乘員生存空間及車內乘員頭部、頸部傷害較難滿足標準要求。企業需要進一步提升車輛結構耐撞性及車內乘員保護性能，以應對新標準要求。在產品設計開發過程中，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。

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

3）改進轉向管柱的固定方式，盡量避免直接與前圍結構直接連接，避免碰撞過程初期就受前圍結構擠壓，導致轉向盤向后及向下侵入，擠壓到人體模型的腹部或大腿。

3 結束語

客車的碰撞安全性能引起了社會的廣泛關注和重視。本文研究國內主流客車企業的客車前部結構安全性及車內乘員傷害情況，并提出客車正碰安全性能改進措施，為企業客車產品安全性設計開發提供參考借鑒。