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纵向效应在正面碰撞中的作用
E S Ng*, A M Hassan* and R Cuerden** *Birmingham Automotive Safety Centre, Birmingham University, Edgbaston, Birmingham, B15 2TT, UK **TRL Limited (Transport Research Laboratory), Crowthorne House, Nine Mile Ride, Wokingham, Berkshire, RG40 3GA, UK
摘要
纵向技术已被纳入现代乘用车中，目的是在正面碰撞期间管理冲击能量以减轻驾驶员伤害的严重程度。冲击能量被特定模式（弯曲和/或折皱）的纵向变形吸收。这种影响能量管理方法的有效性以及因此减轻真实世界碰撞中的伤害尚未明确。
对2031辆汽车（4062辆纵骨）及其16岁以上的驾驶员进行了真实世界碰撞研究，以了解纵骨的有效性。53％的案件涉及到只有一个纵向接合，而27％涉及两个纵向负载。在纵向接合过程中，车辆前部的直接接触比例为58％，车辆右侧部分接近100％。损伤严重程度与单独接触的纵骨损伤机制无关。
关键词：前部碰撞，EEC96 / 79 / EC法规，能量吸收部件，纵向损伤机制，碰撞严重程度，伤害严重程度
介绍
英国因道路交通碰撞遇难或重伤的人数在过去十年中显著下降（图一）。交通安全的许多方面的发展导致了这一人数的减少。在乘用车上安装安全气囊，安全带，可折叠转向组件和碰撞管理系统等辅助安全设备有助于减少轿车乘员致命和严重头部和胸部受伤的发生率[1]。这些功能主要用于正面碰撞，这种碰撞占欧洲碰撞类型的一半以上（表1）。
图1：1996年至2005年期间车辆乘员死亡和严重受伤的趋势
表1：欧洲客车碰撞类型的分布。[2]
碰撞管理系统是1996年欧洲关于正面碰撞乘员保护立法（EEC 96/79 / EC）[3]的结果。该法规涉及汽车制造商实施碰撞能量吸收结构的使用，例如纵向骨架，挤压罐，霰弹枪和连接位于车辆前部的纵向骨架的横梁，称为“折皱区”。这些结构的作用是通过应付能量的梁的渐进变形而更有效地直接吸收冲击能量，从而防止损害乘员舱。
正面碰撞涉及从碰撞瞬间到车辆及其乘员静止的能量传递。图2显示了当涉及正面碰撞时沿能量吸收构件的碰撞能量的流动。大部分碰撞能量通过连接它们的横梁导向纵骨。纵骨的作用是利用弯曲和/或折皱的损坏机制通过变形来吸收正面冲击碰撞能量; 减少以侵入或分隔力的形式转移到客舱的能量的量。车辆前部的能量吸收构件旨在通过受控的钢梁变形来吸收大部分碰撞能量[4]。
图2：碰撞能量沿能量吸收构件的流动[5]。
旧车辆的前轮位于车辆前缘，在撞击时突然停止并向乘员传递高力量。现代设计允许平均60厘米（2英尺）的可破碎车身和转向机构坍塌[5]。
图3显示了冲击能量吸收期间纵向坍塌的各种模式。纵向构件的制造方式是，在接触和接合点处，制造成钢梁的波纹效果将以预测的变形模式变形，从而给予机会 以更高的能量吸收效率。通过这些坍塌的方法，碰撞能量的吸收被最大化，从而减少了传输到客舱的剩余能量的大小。然而，真实世界的碰撞并不像预期那样发生，纵向构件通常不以同步方式加载[4]。相当有规律地只有一个纵向加载，并且仅在弯曲机构中变形，而不是更有效的能量吸收起皱效果（渐进式折叠模式）。
图3：各种纵向塌陷模式[6]。
因此，了解碰撞能量在真实世界的碰撞中如何进行管理并以减轻伤害为目的是很重要的。为此进行了一项研究，以确定真实世界碰撞期间现代车辆（1996年以后）纵向构件能量管理能力的有效性。分析了涉及正面碰撞的超过2000辆客车的样本。还检查了这些汽车司机遭受的伤害类型和严重程度。
这项研究使用了越位和近侧的术语。越位是指车辆的右侧或驾驶员侧。近侧是指车辆的左侧或前座乘客侧。
方法
本研究中使用的数据来源是英国的合作冲突伤害研究（CCIS）[1]。1983年成立的深入事故研究继续调查英国真实世界的客车碰撞事故，以识别乘员伤害的原因。每次调查都会将乘员受到的伤害与受损车辆的详细检查相关联，从而深入了解人员在车祸中受伤的情况。
CCIS追溯调查真实世界的汽车乘员伤害事故。警方报告称，英格兰（英国）确定的地理区域发生的交通事故伤害受到检查，以确定它们是否符合CCIS样本标准。在考虑将事故考虑纳入数据库之前，必须首先满足以下标准才有资格纳入CCIS：
bull;车辆是汽车或汽车衍生物;
bull;事故发生时车辆必须使用不足七年;
bull;车辆中必须至少有一名乘员受伤;
bull;车辆应该被拖走到修理车库或车辆拆卸器。
分层抽样程序也适用。对所有致命的严重伤害和轻微伤害事故的比例进行抽样。每年检查总共1350辆汽车。
在碰撞后尽快在恢复车库进行车辆检查。使用CCIS数据收集协议对车辆的残余损伤和结构载荷进行广泛调查，并详细描述约束系统特性和任何乘员接触证据。乘员伤害信息收集于急诊部门和H.M. 验尸官的报告。损伤使用1990年版的缩写损伤量表（AIS）（AAAM，1990）编码。每次伤害的伤害严重程度的分数范围为1到6.总体乘员伤害状态使用最严重的伤害严重程度，最大AIS（MAIS）定义。该研究还包括分析个体身体部位的损伤严重程度。在这种情况下，选择身体区域的最高AIS（HAIS）值。
该研究包含额外的派生信息，例如碰撞严重程度和在受到该损害程度时扩展的能量。使用市售软件AiDamage [7]计算代表碰撞严重程度的等效测试速度（ETS）。在CCIS中计算等效测试速度以模拟对刚性障碍的影响[8]。
以下标准也适用于选择本研究的样本。
bull;车辆应该在1996年以后制造;
bull;车辆应该是一辆掀背轿车，轿车或豪华轿车的乘用车;
bull;车辆应该只经历一次正面碰撞，其主动力方向（PDoF）为10点至2点方向;
bull;乘员应该是一名年龄在16岁以上的克制受伤的成年司机。
这就产生了2031辆汽车和他们的司机在这项研究中使用的样本。
图4显示了与这个司机样本相关的最大缩写伤害严重程度的分布。
图4：司机伤害严重程度的分布[9]。
使用SPSS（15.0版）软件（SPSS Inc. 2008）进行分析。[10]
分析
表2显示了纵向装载的车辆数量的分布情况。所有正面碰撞中约81％涉及至少一个纵向加载。19％的车辆接触了纵向车辆，但车辆检查期间没有明显的证据表明车辆装载。越位纵骨最常装载34％的车辆，而27％的车辆都有纵向的纵载。这是预期的，因为只有正面影响的司机正在接受调查。
表2：纵向载荷车辆的分布情况。
为了进一步分析载荷纵骨的有效性，研究损伤机制是至关重要的。这些分为四类;没有损坏，折皱，弯曲，既皱折又弯曲。
值得注意的是，每辆车都配有2根纵骨，因此在这个样本中总共有4062根纵骨。同样重要的是要记住，虽然没有纵向的直接载荷，但它仍然可能具有损伤机制，例如在连接纵向的梁已经在中间被撞击但不直接与纵向接合的情况下然而，由于梁的性质连接到纵向，所以梁在使用相应的损伤机构模式表示的冲击中使得一个或两个纵向向内弯曲。
在这项研究中，发现纵向负荷最常发生在越位纵向（34％）和两个纵向接触时（27％）。 当仅接触越位纵向时，最常见的损伤机制是弯曲和皱缩（38％）并且仅弯曲（34％）。 当两个纵向接触时，最常见的损伤模式是折皱（46％）和起皱和弯曲（43％）。
表3：近侧至越侧纵向损伤机制的分布。
卡方= 239.994，df = 9，p值lt;0.001
这是预期的，因为该研究仅涉及司机（表3）。 在越侧和近侧纵向载荷与其损伤机制之间存在显着关系。如果纵向受损，则另一纵向可能是弯曲的或未受损的。 同样，如果一条纵向是皱折或皱褶和弯曲，那么很可能另一条纵向会皱折或弄皱和弯曲。
纵向加载模式
如果考虑单个纵骨上的加载模式及其对该车辆中另一纵骨的损坏的影响，则会获得更好的理解。 如表4中的矩阵所示，总共16个纵向加载排列是可能的。给这些单元格定义损伤机制。 例如，#39;H#39;将指示在靠近纵向弯曲时在靠近纵向处发生起皱。
表4：纵向损伤机制代码的矩阵。
然后分析基质的代码与伤害严重程度，如表4所示。表5示出了损伤严重程度与纵向损伤机制类型的分布。 对于每种损伤机制，将碰撞严重程度ETS与MAIS 0或1与MAISge;2的损伤严重程度进行比较。
MAISge;2损伤最常见的纵向损伤机制是I，K，O和P.这些模式涉及纵向损伤的弯曲和折皱模式。 大多数未受伤的司机或持续受伤的人员都参与了对纵骨没有伤害的撞车事故。
表5：具有纵向损伤机制的损伤严重程度的分布。
*样本量不足以允许进行统计检验
NS = chisq。 统计不显著
损伤严重程度与纵向损伤机制之间的关系对于16个排列中的9个显著。在5个案例中，样本量太小以至于无法进行统计测试。最后的2例并不重要。在有显着差异的情况下，MAISge;2损伤严重程度的中位ETS高于MAIS 0或1的中位ETS。这是预期的，因为较高的损伤严重程度表示较高的碰撞严重程度。
进一步调查MAISge;2损伤严重程度表明，对于四种损伤机制模式I（10％），K（13％），O（21％）和P（13％），大多数病例涉及右侧（R - 13 ％），右侧和中间（Z - 33％）和分布（D - 49％）负载到车辆上。这些区域在图5中突出显示。组I的重叠百分比中值为65％，Ois为60％，K为 50％，P为100％。
图5：分析模式I，O，K和P时与车辆最接触的区域。
表6显示了与纵向损伤机制模式有关的驾驶员的最高简缩损伤严重程度（HAIS）的分布。 表中的数值总和大于纵向数值（4062）。 这是因为一些司机受到同一严重程度的伤害超过一个身体部位。
表6：纵向损伤机制模式下损伤严重程度的分布。
近60％由HAIS1伤害构成，而HAIS2严重性占19％。 HAISge;3的伤害进一步占22％。 对于伤害严重度HAIS 1和2的情况，纵骨的大部分损伤机制不涉及仅越位纵向的损坏或弯曲和折皱。 对于更严重的（HAISge;3）损伤，受载纵骨的损伤机制涉及弯曲和起皱。
还进行了对各个身体部位各自的纵向损伤机制损伤分布的进一步研究。 这是为了确定每个受伤身体部位最常出现的纵向损伤模式。
伤害和来源
在分析HAIS 2损伤严重程度时，头部/面部，颈部，胸部，脊柱，腹部，骨盆，上肢和下肢受到损伤，同时受到弯曲和起皱损伤机制。这些伤害的主要来源是与方向盘，安全气囊和安全带接触。当损伤机制弯曲时，受伤的颈部，胸部和脊柱比例更普遍。这些伤害主要是由于接触安全带和安全气囊。 66％的脊柱损伤是通过非接触性损伤机制引起的，表明头部/面接触方向盘/安全气囊组件时颈部加速弯曲延伸。
在装载的纵骨上没有发生损伤时，也注意到大部分身体区域受伤。在这些情况下，在81％的冲击和预张紧器中展开的安全气囊仅在54％的冲击中被激活。
表7显示了每个身体部位的HAISge;3损伤分布以及相应的纵向损伤机制。所有身体区域平均50％的受伤涉及装载纵骨的弯曲和皱缩损伤机制。与方向盘，安全气囊和安全带接触导致受伤。受伤的骨盆，上肢和下肢也是与仪表板接触的结果。
表7：关于身体区域和纵向损伤机制的HAISge;3损伤的分布。
当仅记录损伤的弯曲模式（模式E，F和I）时，发生15％的HAISge;3的上肢和下肢损伤。 骨折类型的伤害占上肢的56％和下肢的71％。 进一步的分析表明，55％的上肢骨折位于下臂，肩部和上臂均别为15％。 大约53％的下肢骨折位于股骨，33％位于小腿。 这两个地区的伤害主要是由于与仪表板和侧隔室接触造成的。 71％的下肢受伤是由于与面部接触造成的，其余20％来自脚部接触，而超过一半（54％）的上肢受伤是由于与方向盘，仪表板和驾驶员侧车厢接触。
表8描述了每个身体部位HAISge;3的伤害严重程度的伤害来源。发生率为10％或更少的来源在伤害来源组“其他”下归为一组。
大部分伤害是通过与方向盘，安全带，安全气囊和仪表板接触而造成的。
作为伤害来源的方向盘占所有头部/面部损伤的31％，胸部损伤的41％，脊髓损伤的10％，腹部损伤的18％和上肢损伤的23％。 安全带占颈部伤害的58％，胸部损伤的42％，腹部损伤的60％，骨盆损伤的27％以及所有上肢损伤的12％。与方向盘/安全气囊组件的接触占头部的20％ /面部伤害，所有颈部损伤的11％，脊髓损伤的18％和上肢损伤的10％。
与面部接触占骨盆损伤的33％，上肢损伤的17％和下肢损伤的65％。“Facia”伤害因果关系包括与上下面板以及面板后面的刚性支架的接触。
另有13％的头部/面部受伤是由于接触到A柱。 其余11％的颈部损伤是由外部物体接触引起的。 如前所述，34％的脊柱损伤是由于与颈部的鞭打运动有关的非接触性损伤引起的.11％的上肢是由于侧腔接触引起的，而24％的下肢损伤是由于脚部接触引起的。 踏板和舱壁被包含在#39;Footwell#39;因果关系定义之下。
表8：HAISge;3的最常见的致伤因素分布情况。lt;
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