大中型客车的安全性设计现状及发展

 大型客车

    在主动安全性方面，代表客车技术最前沿的欧盟(ECE)法规对大型客车设计的基本要求是：车身骨架有足够的强度，一旦发生交通事故(碰撞或侧翻)时，骨架变形后应保证留给乘客一定的生存空间，尽量减少乘客被挤伤或压伤；车内座位布置应留有一定宽度的过道及行走空间，便于乘客走向车门或安全出口；发动机舱内安装火灾报警器；要求制动系统应具备行车制动、驻车制动、应急制动及缓速器(或第四制动系统)四种系统。为了提高制动稳定性，应装备ABS、 ASR及广泛采用制动效能更高的盘式制动器；在行走系统上采用铝(镁)合金车轮及无内胎子午线轮胎以减少爆胎事故等。

    在被动安全性方面，其基本要求是：采用安全玻璃，风窗玻璃采用夹层玻璃，即使发生事故时玻璃碎片因被胶片粘着而不会飞散打人；侧车窗应是铜化玻璃，破碎后成为无锐角的小碎片。车身上设有一定数量的安全出口(安全门、车顶安全窗或车侧窗)，供乘客发生交通事故或火灾时迅速就近撤离客车。避免乘客座椅结构强度及座椅与车身的联接强度不足而导致座椅挤伤乘客，产生二次伤害；车门在应急状态下可以从车内手动打开；车内要配置灭火器材，内饰应软化无尖角，材料应具有阻燃性能等。这些技术和配置均可避免或减轻交通事故对乘客的二次伤害。

    1. 设计开发初期应考虑的内容

    在产品开发初期，就应充分重视大型客车安全性。针对客车容易发生的事故，具体应考虑以下几个问题：①基本性能。客车的稳定性、制动性能、转向性能、机械结构强度等。②操纵性能和防止错误操作的警示。③安全保护装置和事故防止装置，保养维修时的安全措施。④安全监视报警装置和安全标识。⑤改善驾驶员视野。⑥防止火灾和轮胎气压过低。 

    2. 主要安全配置设计  

    (1)制动系

    随着人们对汽车安全性能要求的不断提高，ABS逐渐成为汽车主动安全系统的一个标准件。目前欧、美汽车发达国家已将该系统普遍用于轿车、客车和重型载货车。目前，我国生产的绝大部分轿车均安装ABS系统，但是在客车上安装该系统的技术还刚刚起步。按照我国建设部CJ／T162—2002《城市客车分等级技术要求与配置》中，大型客车超2级．超1级．高级都要装备ABS和缓速器；交通部JT／T325-2002《营运客车类型划分及等级评定》中大型客车、高三级、高二级、高一级必须安装ABS和缓速器，否则不予评定高等级。ABS的最大优点是制动时仍然能实现前轮转向，避开障碍物，避免发生车祸。ABS系统附加于原来的制动系统之上，即使发生故障不能工作，原来的普通制动系统仍能照常工作。经试验证明，在客车突然出现紧急情况时，驾驶员都会紧急制动，在短时间内大力踩下制动踏板；但是从开始制动到达到最大制动力需一定时间或者不能达到最大制动力，而且可能在初次碰撞平息后驾驶员会过早地松动制动踏板，这样很容易出现制动距离加长的现象。为解决这些问题，国外汽车上安装了辅助制动系统。辅助制动系统是使行驶中车辆(特别是下长坡车辆)速度减低或稳定在一定速度范围，但不是用以使车辆停驶的机构，辅助制动系统有发动机排气制动、电涡流缓速器、液力缓速器、永磁式缓速器等。

    (2)转向系

    转向系统设计是大型客车底盘设计中很重要的环节之一。它不仅影响安全性、操纵舒适性和可靠性，而且还影响使用经济性。大型客车的转向系统结构复杂，涉及面广，对零部件的可靠性要求较高，也是大型客车底盘设计中难度大、技术含量较高的部分。汽车转向系统包括转向盘、转向柱、转向器、转向摇臂和转向横拉杆等。其中涉及到安全性的研究主要集中在转向柱和转向盘领域。

    ①转向柱的设计

    通过对大量事故的调查发现，在正面碰撞发生时，客车前部变形往往会影响到转向系统，使转向柱和转向盘向驾驶员方向移动。这种运动是相当危险的，于是出现了安全转向柱的概念。在；中击力大于某一值时，安全转向柱结构会发生轴向压缩变形，从而减小对驾驶员的冲击。新型安全转向柱以小球式转向柱的出现为标志，并作为一种较成熟的技术一直沿用至今。其结构是在套筒之间放置几排小球，其直径稍大于放置空间。当转向柱轴向压缩时，金属球引起套筒的塑性变形，吸收能量。这种安全转向柱可以安装到不同的车型上，而整个转向系统的外形几乎无需作任何调整。通过小球位置的排列，可以加强转向柱纵向抗弯刚性，避免”弯曲”的出现，这在安全柱的设计中是十分重要的。

    ②转向盘的设计

    近年来，通过大量的试验和事故分析，研究人员发现驾驶员的受伤程度与碰撞方向、碰撞严重程度、驾驶员与转向盘的位置对正程度以及身体各部位的不同承受能力有关。国外研究人员在对转向盘研究过程中提出“自对正转向盘”的概念，从一系列的台架试验中发现，自对正方向盘对驾驶员的保护性能相对最好。

    (3)安全气囊的设计

    客车正面碰撞安全气囊一般藏于转向盘内、副驾驶员正前方或车门内侧。如安装到转向盘内，则对转向盘的结构提出了新的要求，应优化考虑转向盘、转向柱的力学特性如何与安全气囊匹配，以及转向系统如何与安全带及座椅共同设计的问题。 

    3. 改善操纵性能的设计及安全保护装置

    (1)改善客车操纵性能的设计

    根据统计，高速公路上50％的伤亡事故是由驾驶员过度疲劳或注意力不集中而造成的。为解决这一问题．可设计监视系统如用监视仪输入车辆位置的办法，检查驾驶员是否打瞌睡或者注意力不集中并通过”刺激”方法给予驾驶员警告，以便及时纠正。戴一克公司为客车和载货车设计了一种防磕睡系统，其计算机能够识别行车道上的标记，并通过仪器监视车辆行驶路线。如果瞌睡中的驾驶员要把车驶向路沟，警报系统就会发出响声来唤醒驾驶员。现在法国的一些研究机构在联手研制一种监测驾驶员注意力下降的系统，它可以通过声音或光信号提醒驾驶员。负责这项技术开发的法国图卢兹西门子·威迪欧汽车公司希望能在2006年底给汽车安装上这套装置。其中的一个视频传感器用来不断测量并分析汽车与旁侧车道白线间的距离，另外几个传感器提供关于转向盘的活动情况等。因此，设计的监测系统富有个性化，能够根据每位驾驶员的特性作出反应，并将这些信息存储起来，当更换汽车驾驶员的时候，个性化的发送器或者一个形象识别系统就可以根据驾驶员的情况发出相应的信息。

    (2)安全保护装置

    ①车距警报系统

    此系统传送跟踪车辆到前导车辆距离信号，同时使跟踪车辆自动地向制动和转向系统输入信号，以避免车辆接触。日本丰田大发等公司利用激光雷达作传感器，并利用风窗玻璃显示器上的蜂鸣器警告驾驶员。美国为了使车辆之间保持合适距离，其雷达系统每秒钟可发出 50个脉冲信号探测前面信息。为了控制横向距离，自动化公路上海隔1m设有一磁性传感器。汽车导航系统可利用这些装置防止汽车过于偏向道路的某一侧。

    ②行驶路线偏离警报系统

    由于某种原因，在驾驶员未操作转向的情况下车辆开始偏离自己的路线，系统使用声音信号警告驾驶员。日本三菱公司利用录像机检测白色路线标记，如驾驶员无意识偏离自己的原来路线，系统使用声音信号警告驾驶员。日本马自达公司利用CCD摄像机识别道路白线，当用直观信号发出警报后，驾驶员没有使车回到原来行驶路线，系统便自动地使车回到原来路线。

    ③行人保护系统

    首先，应该采取主动措施尽量避免车撞行人。  然而碰撞有时也是不可避免的，一旦发生，则设法降低人的伤害程度。丰田公司在发动机罩内设置了气囊，当碰撞传感器确认车辆同行人发生碰撞时．该气囊便在车前张开，以减少行人同车碰撞后头部伤害程度。

    ④紧急门锁释放机构

    当车辆发生碰撞后，为使乘员易从被撞车辆中出来，车门应容易打开。丰田和三菱公司开发的感受碰撞的自动门锁释放系统特点是当碰撞传感器确认已发生碰撞时，系统立即自动地释放门锁。

    ⑤乘员逃逸系统

    就目前国产客车来看，有的安全门前座椅挡道，且不能迅速翻移，致使通道狭窄；有的安全门没有方便开启的手柄，安全门开启后无警报装置，最大开启角度不能保持，出口没有台阶等；有的甚至未按规定设安全门，而用侧窗兼做安全出口等。这些客车设计中的安全隐患，一旦遇到紧急情况，如撞车、火灾或倾翻等，乘客很难安全迅速地撤离，极有可能造成严重后果。因此在设计中应按照标准设计客车安全门。

    中型客车

    与大型客车相比，中型客车的主动安全设计要求基本类似，其不同点主要集中在被动安全设计上。

    1．碰撞

    如上所述，客车的碰撞是交通事故的主要方面，主要有正面碰撞、斜侧面碰撞以及追尾碰撞。碰撞时，驾驶员和乘客受伤的主要原因是他们与车身结构发生了相互作用。

    (1)正面和侧面碰撞

    有资料介绍：客车正面碰撞和侧面碰撞占总事故的40-60％。在正面碰撞中．减速度由保险杠向车尾逐渐减小。驾驶员由于其所处的位置，首当其冲。其中约有一半对驾驶员造成严重伤害。中型客车除一些采用短头结构(如子弹头结构)的车型，碰撞时对驾驶员的缓冲增大，产生的危险也较小外，大多数采用平头结构，因车身小，驾驶员受伤害的程度更大。

    在设计方面，为了减少乃至消除上述危险，应作以下考虑：

    ①局部增强侧壁的承载能力。中型客车车身对侧面碰撞较敏感，缺乏吸收能量的变形的距离，因而增强侧壁使承载能力强，可提高抗碰撞能力。另外还对翻转有较好的承受能力。

    ②采用安全座椅。座椅与驾驶室地板的连接应很牢固，但与底盘应采取柔性连接。碰撞时，它的作用就像剪切件使驾驶员被推回的量相当于前围的变形量，同时，也可减少转向柱对驾驶员的危险。

    ③保险杠的设计是一个专门课题，不仅要外形美观，对客车整体造型起到装饰作用，而且还要有一定的安全功能。比如，适当考虑保险杠的吸能作用，使保险杠能减缓一定程度的；中击，在小的载荷下不至于使车身损坏。在美国，保险杠必须接受8km／h正面碰撞后，保险杠不应损坏。

    ④隔板和扶手的设计要适当，扶手在碰撞发生时应能承担一定的缓冲作用。若与设计思想矛盾，宁可不要。

    正面碰撞和侧面碰撞也可能会对乘客的安全造成大的危害。例如，碰撞可能损坏车门及其门框，使得门无法开启，使乘客的逃离造成困难甚至不可能。在设计车门时，应该考虑到车门与门框对车辆损害不敏感，如车门变形区在门框的前壁，制成对称的开门机构等。2001年，美国报道了应用泡沫金属的可能性。这种发明主要是泡沫铝合金，它密度小，有极好的弹性和一定的强度，在增加安全性的设计中，用作吸收碰撞能量的主要材料．前景看好。

    (2)追尾碰撞

    客车后面发生的碰撞占总事故的15- 20％。这一类事故发生时，应更多地考虑乘客的安全。

    ①减少后壁损坏的程度。这主要是考虑到后置发动机在中型客车上使用。后置发动机对客车的总体布置有很多好处，随着人们对舒适性要求的提高，这将变成一种大趋势。

    ②为乘客提供一定的安全空间。现代中型客车一般都配备有空调．它对乘客空间的占有以及对乘客安全造成的潜在危害，值得重视。增加车顶高度对豪华中型客车可以考虑，但是可能又会产生其它一些问题。比如，用于城市间的中型客车，旅客的小件行李也要占用乘客空间，靠增加车顶高是难以想象的．也不能都放到车的底部行李舱。近年．中国交通部提出取消顶置行李架，对于中、低档次的客车，研究的重点只能是在车内空间的分配上，它主要取决于乘客座椅的形状及其安装结构。这点比大型客车要求更难更高。

    ③座椅及座椅的固定要有一定强度，从而让碰撞的惯性力不会把乘客抛离安全空间。座椅的高度、变形能力等，会直接对乘客的头、手、脸、膝盖等造成伤害．因此，在车内一侧，应尽可能平缓过渡。

    使用安全带和安全气囊对防止乘客和驾驶员的伤亡事故有很大的作用，不同组合约束系统的安全效果(绝对安全为 100％)如表1。由于安全带的效果好，而且价格低，所以安全带的使用应该大力推广，车上各个座位最好都应安装，并通过国家强制执行。 

    2．倾翻

    中型客车由于体积小、重量轻，高速行驶下发生翻转事故比大型客车更危险。倾翻事故引发的乘客及驾驶员的伤亡率比其它车型交通事故的高出几倍，经济损失更大。倾翻事故中，客车一般翻转到侧面，翻转到底朝上或者翻转几圈的情况较少。客车翻转事故与车型(城市内、城郊、乡间)也无关。大型客车的结构对倾翻时保证乘客安全有很大作用，中型客车车身的设计可以借鉴。以下是几个重要方面：

    (1)确保车顶有足够的强度，这样可免除车顶凸起变形危及乘客空间。

    (2)用安全带防止乘客摔出。

    (3)设计配套的座椅。好的座椅可起到保护乘客的作用，一般的座椅则可能伤及乘客。

    (4)采用吸能设计。车的内饰、内壁用柔性件、塑性件，不仅能吸收翻转时对乘客的冲击，还可减少对乘客的碰伤。

    (5)采用承载侧壁护板．这与提高车顶强度具有相同的意义，可以提高乘客的安全性。 

    3．火灾

    中型客车上发生火灾的情况一般来说较少。当中型客车使用年限较长或者维护不当，留下一些火灾隐患时在特定条件下会引起火灾。诸如：线束短路、供油系统故障、排气尾管着火、空调系统泄漏等。

    (1)内饰件

    在选用内饰件时，不仅要考虑内饰件的可燃程度(国际GB8410—94《汽车内饰材料的燃烧特性》规定了燃烧速度不许超过100mm／min)．还要考虑到内饰件的燃烧生成了哪些毒物，毒性程度的高低。

    (2)随车工具

    国内客车除高档客车以外，很少为乘客配备保证安全所用的随车工具，如敲窗锤、应急剪刀、灭火器、急救箱等。这一点应引起各客车厂家的重视。在国外．客车内已安装热传感器、烟雾探测器等。

    另外，设置乘客座位数要让所有乘客在一定时间内能从车内逃离。