座椅安全带样式在碰撞中对乘员头部伤害的影响

任继伟　顾海明

摘 要：常见的客车座椅安全带样式一般为两点式和三点式两种。本文以正在施行的GB13057-2014的大量数据为基础，对采用两种安全带样式的客车座椅在发生碰撞时对乘员头部的伤害规律进行研究并得出以下结论：1，采用三点式安全带的客车在碰撞中乘员头部与前椅发生接触的概率比两点式的低。2，当采用两种不同安全带约束的乘员在碰撞中头部均与前椅接触时，采用三点式安全带约束的乘员头部伤害值的平均值比两点式的低。并通过一系列试验总结两种安全带的特点，为厂家的设计研发提供参考依据，减低研发成本，提高设计效率。

关键词：客车座椅 安全带样式 碰撞 头部伤害

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

客车是日常生活中重要的交通工具之一，其安全性一直備受关注。近年以来，伴随着客车应用越来越普及，以及日益复杂的交通环境，客车的交通事故一直呈上升的趋势，连年递增的伤亡数字更是触目惊心。2017年8月10日，陕西安康境内京昆高速公路秦岭1号隧道，发生一起大客车碰撞隧道口的交通事故，当该车行驶至秦岭1号隧道南口1164公里867米处时，正面冲撞隧道洞口端墙，导致车辆前部严重损毁变形、座椅脱落挤压造成36人死亡13人受伤，直接经济损失3533余万元。2019年9月28日上午，G25长深高速发生一起特别重大交通事故，—辆由南向北行驶大客车（核载69人，实载69人）在行至该路段时，冲破道路中央隔离带驶入对向车道，与一辆由北向南行驶的的半挂货车（货车上有3人）相撞。该事故共造成36人死亡、36人受伤。

在这些事故中固然有司机违法驾驶，超载，超速等人为因素，但客车安全带防护设计不达标也是伤亡居高不下的重要原因。

在客车发生碰撞事故时，车身的速度会急剧下降，驾乘者的身体会在惯性的作用下高速向前移动。这时安全带能够约束住驾乘者的身体，吸收冲击所带来的一部分能量，减少对驾乘者的伤害。在现行的GB13057-2014《客车座椅及其车辆固定件的强度》法规中规定：试验后，假人躯干和头部的任何部分向前位移应不超过位于辅助座椅R点前1.6m的横向垂面。乘坐的乘客不能受到严重伤害，头部允许指标（HIC）：小于500;胸部允许指标（ThAC）：小于30g（持续作用时间小于3ms的峰值除外）;腿部允许指标（FAC）：小于10KN，当持续作用大于20ms时，应小于8KN。大量客车座椅碰撞试验数据和实际交通事故案例表明，在客车发生碰撞时，乘员受到的主要是来自于头部的伤害。基于制造成本和乘客乘坐舒适性等原因，目前客车座椅上用到的安全带一般分为三点式和两点式两种。因此本文着手研究客车座椅两点式与三点式安全带在碰撞中对头部伤害的影响。

2 试验方法

2.1 试验波形

采用加速台车进行试验，试验波形以GB13057-2014法规规定为准。台车模拟的碰撞速度在30km/h-32km/h之间;平均减速度/加速度应在6.5g-8.5g之间（图1）。

2.2 假人设备

采用GB13057-2014法规中规定的HYBRID Ⅲ型假人进行试验。采集头部加速度X、Y、Z三项数据。

2.3 试验类型

随机选取不同厂家近期采用两点式安全带和三点式安全带的客车座椅试验各50次进行数据统计分析。

3 试验结果统计

3.1 两点式安全带试验结果统计

在本次抽取的50次采用两点式安全带的客车座椅碰撞试验中，试验假人头部与前椅发生接触的次数为50次，占本次抽取试验总数的100%。试验假人头部未与前椅发生接触的次数为0次，占本次抽取试验总数的0%。

在本次抽取的试验中，假人头部伤害值HIC在[0-100）之间的有1次，占2%。在[100-200）之间的有5次，占10%。在[200-300）之间的有9次，占18%。在[300-400）之间的有13次，占26%。在[400-500）之间的有16次，占32%。在500及以上的有6次，占12%。

根据GB13057-2014《客车座椅及其车辆固定件的强度》法规中对头部伤害值的判定，头部允许指标（HIC）小于500的试验可判定为合格，因此本次抽检的合格率为88%。

3.2 三点式安全带试验结果统计

在本次抽取的50次采用三点式安全带的客车座椅碰撞试验中，试验假人头部与前椅发生接触的次数为11次，占本次抽取试验总数的22%。试验假人头部未与前椅发生接触的次数为39次，占本次抽取试验总数的78%。

在本次抽取的50次试验中，有39次假人头部与前椅未发生接触，因此不考虑其假人头部伤害值HIC。在发生接触的试验中，假人头部伤害值HIC在[0-100）之间的有1次，占本次抽取试验总数的2%。在[100-200）之间的有7次，占14%。在[200-300）之间的有2次，占4%。在[300-400）之间的有1次，占2%。在[400-500）之间的有0次，占0%。在500及以上的有0次，占0%。

根据GB13057-2014《客车座椅及其车辆固定件的强度》法规中对头部伤害值的判定，头部允许指标（HIC）小于500的试验可判定为合格，因此本次抽检的合格率为100%。

4 试验结果分析

4.1 两点式安全带客车座椅碰撞试验结果分析

采用两点式安全带的客车座椅碰撞试验中，所有试验中使用的两点式安全带均能在一定程度上限制固定假人，未出现假人被抛掷的情形。但由于其使用的两点式安全带只能对假人的腰腹部进行限制，假人肩部无法勒紧，肩部处于自由的状态，所以所有试验假人头部均与前椅发生了接触。因不同厂家不同批次的客车座椅前椅在座椅骨架材质、结构、蒙皮面料、座椅泡棉以及吸能性等方面不尽相同，故同一波形，试验条件等都相同的情况下对假人头部造成了程度不等的伤害。

头部伤害值HIC在[200-500）的试验次数占总试验数的76%，满足国标要求，但一旦发生碰撞，还是会对客车乘员的头部造成了一定程度的伤害。本次抽检的合格率为88%，故得出结论：采用两点式安全带的客车座椅在碰撞试验中HIC整體数值较大并且有超过标准限值的风险。

4.2 三点式安全带客车座椅碰撞试验结果分析

采用三点式安全带的客车座椅碰撞试验中，所有试验中使用的三点式安全带均能很好的限制固定假人，未出现假人被抛掷的情形。三点式安全带能对假人的腰腹部，肩部均能进行有效的限制，延长了减速时间，在一定程度上使得制动距离增加，从而极大程度的限制了乘员头部前倾导致的强烈撞击。故有39次试验假人头部未与前椅发生接触，占总试验次数的78%。

在试验假人头部与前椅发生撞击的11次试验中，高伤害值HIC在[200-500）的试验次数为3次，仅占总试验数的6%。故得出以下结论：采用三点式安全带的客车座椅在碰撞试验中能够很好地限制假人躯干及其头部的运动，HIC整体平均数值较小。

5 结论

以上试验数据表明，在GB13057-2014标准动态试验中，使用两点式安全带的客车座椅能够限制假人躯干在惯性作用下的向前运动，但对于假人头部却起不到任何限制的作用，假人头部与前椅发生碰撞的几率很高。为保证假人头部伤害值HIC不超过国标限值，使用两点式安全带的客车座椅厂家只能通过更改前椅的骨架，结构，增大泡棉的厚度等措施来减少对假人头部的伤害。而使用三点式安全带的客车座椅可以很好的限制假人躯干与头部的运动，在很大程度上减少乘员头部与前椅的接触。因此，厂家在客车座椅上选用三点式安全带可以极大程度的解决在试验中伤害值HIC超过国标限值的问题。

当采用两种不同安全带约束的假人在碰撞中头部均与前椅接触，且头部伤害值HIC均满足国标时，采用三点式安全带约束的假人头部伤害值的平均值比两点式的小。故采用三点式安全带可优化碰撞防护，进一步减小对乘员头部的伤害。

参考文献：

[1]GB13057-2014《客车座椅及其车辆固定件的强度》2014版.

[2]刘志新，娄磊，张晓龙《基于新校车安全法规试验的乘员伤害分析》.

[3]洪汉池，黄红武《客车侧翻碰撞中安全带对乘员损伤的影响分析》.

[4]朱鹏鹏《大客车正面碰撞乘客损伤防护研究》.