用剛度系數估算車輛碰撞過程中駕乘人員受力情況

吳濤

摘 要：本文利用剛度系數在固定碰撞寬度及形變量的情況下對事故碰撞中駕乘人員的受力進行估算分析，通過對主動碰撞并主動制動、被動碰撞無主動制動及側面被動碰撞的三種情況進行估算分析發現，主動碰撞并主動制動情況下，駕乘人員受力最大，造成傷害的可能性也最大；被動碰撞無主動制動的情況下，主要對駕乘人員頸部枕骨部位造成傷害，當有效碰撞速度為80.85km/h時，可能會使被撞車輛駕乘人員枕骨產生骨折；側面被動碰撞是三種碰撞情況下同樣撞擊力下形變量最大的碰撞方式，在此情況下，可能對駕乘人員造成傷害的是車輛變形造成的擠壓。

關鍵詞：剛度系數；碰撞；駕乘人員；受力

中圖分類號：U491.31 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）05-0118-02

Rigidity Coefficient Estimation during the Process of Vehicle

Collision Driving Force Analysis

WU Tao

（Xi 'an Technology University，Xi 'an Shaanxi 710021）

Abstract： The stiffness coefficient in a fixed width and collision deformation conditions of the occupants in a collision accident force estimation and analysis， were estimated through analysis found that three cases of active and passive collision collision and active braking without active braking and side passive collision， active collision and active braking conditions， the occupants the maximum force， the possibility of injury is the biggest； passive collision free active braking condition， the main harm to the occupants of the neck the occipital region， when the effective collision speed is 80.85km/h， may be hit by the vehicle occupants of the fracture side； passive collision is the three case of collision impact force under the same shape the biggest variable collision， in this case， may cause harm to the occupants of the vehicle is caused by the deformation of extrusion.

Keywords： stiffness coefficient；crush； driver；force

隨著我國經濟的迅猛發展和社會的進步，各種機動車數量急劇增長，隨之而來的交通事故發生量也逐年攀升。目前，與發達國家相比，國內關于汽車碰撞安全的試驗研究仍相對較為滯后。本文主要通過剛度系數對三種碰撞方式進行數據估算分析。

1 理論依據

本文以美國公路安全管理局通過實車碰撞試驗得到的汽車碰撞剛度系數為依據[1]，并運用相關公式對碰撞過程中駕乘人員受力及可能對頭部產生的傷害進行分析。筆者從主動碰撞并主動制動、被動碰撞無主動制動及側面被動碰撞三種情況對駕乘人員受力情況進行分析，將對身體或頭部的受力情況轉換成加速度，以頭部產生骨折最大應力[2]為參考標準來判斷是否會對駕乘人員頭部產生傷害。其中，在主動碰撞并主動制動情況下，分析駕乘人員受力情況運用公式（1），其余兩種情況下運用公式（2），在制動情況下計算輪胎與地面的摩擦力時運用公式（3）。

[F=f+a+bxD] （1）

[F=a+bxD] （2）

其中，F為塑性碰撞中因形變而產生的力，a和b分別為剛度系數，x為縱向形變量，D為碰撞寬度[3]，本文采用全寬碰撞，取D=1.7m，b=0.5m。

[f=mgue] （3）

因為主動碰撞并主動剎車時汽車受到與速度方向相反的因剎車而產生的摩擦力f，同時也受到因撞擊而產生的與摩擦力同方向的撞擊力。其中，m為普通汽車質量，取1.5×103kg；g為重力加速度，取9.8m/s2；u為干燥情況下輪胎與地面的摩擦系數，取平均摩擦系數0.71；因為是剎車制動，所以e=1。

在被動碰撞無制動時，根據造成駕乘人員頭部枕骨骨折的撞擊形變量進行估算，通過公式 （4）[4]可以估算出有效碰撞速度V，X為碰撞形變量。

V=105.3X （4）

2 估算數據

從表1中的數據可以看出，在碰撞時，主動碰撞車輛在主動制動情況下，車上人員將產生一個與運動方向同向的加速度；人體對應加速度當量遠遠大于頭部碰撞應力峰值產生的加速度。由此可推斷出，導致人員受傷的主要原因是剎車，剎車使人產生的加速度是碰撞的10倍左右。在交通事故發生前，采用緊急制動是造成駕乘人員碰撞受傷的重要因素，可采用點剎的形式進行制動，以減小碰撞對人造成的傷害。

在被動碰撞無主動制動的情況下，主動碰撞車輛的撞擊力會產生一個向前的加速度，由于駕乘人員頭部懸空沒有座椅支撐，會有向后運動的趨勢，如若頭部受到撞擊，會造成枕骨骨折。根據表2數據估算在當前形變量下造成枕骨骨折的可能，另根據經驗公式估算在被動碰撞過程中當有效碰撞速度為80.85km/h時，對駕乘人員造成枕骨骨折的風險。

從表3數據分析側面被動碰撞情況下駕乘人員受力情況，碰撞過程中的撞擊力使駕乘人員產生一個與所受到的撞擊力反向的加速度，由于駕乘人員頭部完全無支撐，因此會產生一個靠向主動撞擊車輛方向的加速度。根據表3數據估算在當前形變量情況下會對駕乘人員頭部側面造成骨折傷害。

3 結論

對比表1、表2和表3發現，在交通事故中主動碰撞車輛，由于駕駛員反應及時，往往會采取緊急制動，而緊急制動會使駕乘人員產生的加速度遠遠大于碰撞使人產生的加速度，因而，會對車內駕乘人員造成嚴重傷害；而相比之下，被動碰撞的追尾車輛，車內駕乘人員受到的撞擊力及造成的傷害要小一些；三種撞擊情況中，同樣的形變量下，側面碰撞產生的撞擊力最小，但此時可能會因為車輛變形對駕乘人員造成擠壓傷害及碰撞傷害。此外，根據經驗公式估算在被動碰撞過程中當有效碰撞速度為80.85km/h時，存在對駕乘人員造成枕骨骨折的風險。

參考文獻：

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