【正文】 為 Vx(T)和 Vy(T)的合成值，該指標(biāo)用于衡量乘員（頭部）撞擊乘員艙內(nèi)表面的劇烈程度。c．碰撞后頭部減速度 PHD乘員（頭部）和乘員艙內(nèi)部碰撞后，保持與乘員艙內(nèi)表面接觸的狀態(tài)經(jīng)歷后續(xù)的車輛 護(hù)欄碰撞過(guò)程，因此，在后續(xù)的碰撞過(guò)程中，乘員（頭部）和車體的加速度相同，若車體縱向和橫向加速度 10ms 平均值的時(shí)程分別為 和 ，cx(t)?cyt則碰撞后頭部減速度：（tT） 式（）21/2cPHD=MAX[(xt)+y(]?3）我國(guó)護(hù)欄安全評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中乘員安全評(píng)價(jià)指標(biāo) [31][32]在我國(guó)現(xiàn)行護(hù)欄相關(guān)規(guī)范中， 《高速公路交通工程及沿線設(shè)施設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTG D802022） （以下簡(jiǎn)稱 D80） 、 《公路交通安全設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范》 （JTG D812022） （以下簡(jiǎn)稱 D81）均以車體 10ms 間隔平均加速度作為乘員安全評(píng)價(jià)指標(biāo)，而 F83 中規(guī)定有兩種途徑：其一是車體 10ms 間隔平均加速度。雖然各標(biāo)準(zhǔn)的評(píng)價(jià)指標(biāo)均有車體 10ms 間隔平均加速度，但作為評(píng)價(jià)基準(zhǔn)的指標(biāo)取值方向（縱向、橫向、豎直方向的單向值還是合成值）都各不相同；其二是采用我國(guó)《實(shí)車正面碰撞乘員保護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)則》 （CMVD294）中的假人傷害指標(biāo)。盡管在 2022 年時(shí)，對(duì) M1 類乘用車強(qiáng)制實(shí)施的汽車碰撞安全法規(guī)《實(shí)車正面碰撞乘員保護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)則 》（CMVDR294 ）已經(jīng)升級(jí)為 《乘用車正面碰撞的乘員保護(hù)》 （GB115512022 ） [33]，但對(duì)假人傷害指標(biāo)的基本評(píng)價(jià)方法并未改變，即頭部綜合性能指標(biāo) HPC、胸部性能指標(biāo) THPC 和腿部性能指標(biāo) FPC。a．頭部綜合性能指標(biāo) HPC≤1000 式（）??21.521tHPCtad?????????式中， ——假人頭部中心的合成加速度；a ——碰撞中從初始接觸到最后接觸過(guò)程中的任意兩個(gè)時(shí)刻，12,t。236ms??b．胸部性能指標(biāo) THPC為胸部壓縮量，即胸部變形的絕對(duì)值。c．大腿性能指標(biāo) FPC大腿軸向壓力，即軸向傳遞至假人每條大腿的壓力。4）各國(guó)護(hù)欄安全評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中乘員安全評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)比表 為我國(guó)和歐盟、美國(guó)護(hù)欄安全評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中乘員安全（或損傷）評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)比較表，通過(guò)比較分析，我們可以得到如下結(jié)論：表 各國(guó)高速公路護(hù)欄碰撞乘員損傷評(píng)價(jià)比較表 Assessment parison of the person39。s damage degree指標(biāo)國(guó)別評(píng)價(jià)指標(biāo) 限值范圍縱向：推薦值 3m/s，最大值 5m/s乘員碰撞速度 OIV 縱向和橫向：推薦值 9m/s，最大值12m/s美國(guó)乘員撞擊加速度 ORA△t=10ms 縱向和橫向：推薦值 15g，最大值 20g等級(jí) A ASI≤等級(jí) B ＜ASI≤ ASI△t=50ms等級(jí) C ＜ASI≤碰撞后頭部減速度 PHD△t=10ms 縱向和軸向合成值≤20g歐盟理論頭部碰撞速度 THIV ≤33km/h頭部性能指標(biāo) HPC△t=36ms ≤1000胸部性能指標(biāo) THPC ≤75mm假人傷害指標(biāo) 腿部性能指標(biāo) FPC ≤10kNF83車體 10ms 間隔平均加速度 縱向、橫向、豎直方向≤20gD80 車體 10ms 間隔平均加速度 ≤20g中國(guó)D81 車體 10ms 間隔平均加速度 三個(gè)方向合成值≤200m/s 2(≈)a．各評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中部分指標(biāo)所取時(shí)間間隔不同。如我國(guó) F83 中的 HPC 采用的是 36ms，歐洲標(biāo)準(zhǔn)中 ASI 取 50ms、PHD 取 10ms，美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)中 ORA 取 10ms 等。b．各評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中采用車體加速度作為乘員損傷評(píng)價(jià)指標(biāo)的，加速度取值方向存在不同。c．歐盟標(biāo)準(zhǔn)中的理論頭部碰撞速度 THIV 和美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)中的乘員碰撞速度 OIV盡管計(jì)算方法略有不同，但二者的指標(biāo)極限值基本一致，歐盟 THIV 的限值為33km/h（≈） ，美國(guó) OIV 的限值為：理想值 9m/s、最大值 12m/s；d．歐盟的 PHD 和美國(guó)的 ORA 均表征乘員（頭部）與駕駛艙內(nèi)部碰撞之后乘員所經(jīng)歷的車輛加速度，歐盟 PHD 的限值為 20g，美國(guó) ORA 的限值為：推薦值 15g、最大值 20g。②車輛安全性能評(píng)價(jià)指標(biāo)本指標(biāo)目的是當(dāng)車輛與護(hù)欄發(fā)生碰撞后，防止因護(hù)欄的彈性變形和車輛自身的慣性等因素，使得車輛駛離本車道與相鄰車道來(lái)往的車輛發(fā)生二次碰撞事故。各國(guó)評(píng)價(jià)指標(biāo)見表 所示。表 各國(guó)車輛安全性能評(píng)價(jià)指標(biāo)比較表 Assessment parison of the vehicle safety performance指標(biāo)國(guó)別 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)美國(guó) 車輛的駛出角度不大于駛?cè)虢嵌鹊?60%歐洲車輛在碰撞后從碰撞點(diǎn)開始以后距離 B 以內(nèi),車輛的任何部位均不能越過(guò)與護(hù)欄距離為 的平行線。(16%)AWL?其中， W——車寬； L——車長(zhǎng)；A、B——距離限制，取值如下所示。車型 A（m） B（m）轎車 其他車型 中國(guó) 車輛的駛出角度不大于駛?cè)虢嵌鹊?60%③護(hù)欄防撞性能評(píng)價(jià)指標(biāo)由于護(hù)欄的外側(cè)情況各不相同，有大江大河、懸崖峭壁等危險(xiǎn)程度很高的路段，車輛如果掉下去車內(nèi)的乘員可能會(huì)無(wú)一生還。而有些路段問(wèn)題并沒(méi)有這樣嚴(yán)重，路側(cè)情況與中央分隔帶的情況存在不同。因此根據(jù)不同路段、不同形式、不同材料的護(hù)欄，規(guī)定不同的護(hù)欄最大動(dòng)態(tài)變形量是很有必要的，可以在保證安全的前提下有效地降低成本。表 各國(guó)護(hù)欄防撞性能評(píng)價(jià)指標(biāo)比較表 Assessment parison of the guardrail crashworthiness指標(biāo)國(guó)別 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)美國(guó) 被測(cè)護(hù)欄必須始終阻擋試驗(yàn)車輛并改變其行駛方向；試驗(yàn)車輛不得穿透、騎跨或越過(guò)護(hù)欄，但忽略在規(guī)定范圍內(nèi)的橫向變形彎曲是允許的。歐洲包含兩個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)：①護(hù)欄最大變形 D 和② 響應(yīng)寬度 W，如下圖所示。其中 W 是車體或護(hù)欄在碰撞過(guò)程中最外緣到護(hù)欄變形時(shí)最內(nèi)緣的最大動(dòng)態(tài)距離，如下表所示。護(hù)欄最大變形 D 和響應(yīng)寬度 W響應(yīng)寬度 W 各級(jí)限值碰撞寬度等級(jí) 橫向最大位移（m）W1 W≤W2 W≤W3 W≤W4 W≤W5 W≤W6 W≤W7 W≤W8 W≤中國(guó)剛性護(hù)欄最大動(dòng)態(tài)變形量≤10cm；半剛性三波護(hù)欄最大動(dòng)態(tài)變形量≤75cm；半剛性雙波護(hù)欄最大動(dòng)態(tài)變形量≤100cm；柔性護(hù)欄可根據(jù)其安裝位置參照半剛性護(hù)欄最大動(dòng)態(tài)變形量的指標(biāo)。 我國(guó)護(hù)欄安全評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分析我國(guó)第一個(gè)關(guān)于高速公路護(hù)欄評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)——《高速公路護(hù)欄安全性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》 （JTG/TF83012022）中乘員損傷評(píng)價(jià)（帶假人情況）采用我國(guó)正面碰撞CMVDR294 法規(guī)中的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，盡管兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)均屬于汽車碰撞范疇，但車輛與護(hù)欄的碰撞和車輛的正面碰撞有著極大的區(qū)別：①碰撞角度的不同。車輛與護(hù)欄碰撞具有一定的夾角，如我國(guó)高速公路護(hù)欄安全性能評(píng)價(jià)中采用的碰撞角度（車輛行駛方向與護(hù)欄的夾角）為 20176。；而正面碰撞的形式多樣，較為接近的是車輛左、右側(cè)與 30 楔形塊的斜碰撞，按照護(hù)欄碰撞情況折算的碰撞角度是 60176。，二者的碰撞角度相差較大。②碰撞速度不同。正面碰撞法規(guī)中車輛的碰撞速度為 50km/h 左右，而在汽車與護(hù)欄碰撞規(guī)范中，以小轎車為例，碰撞速度高達(dá) 100km/h。③碰撞對(duì)象不同。車輛與護(hù)欄碰撞試驗(yàn)中，車輛碰撞的為護(hù)欄；在正面碰撞試驗(yàn)中，碰撞的物體是障礙壁、B 柱等。前者結(jié)構(gòu)細(xì)而長(zhǎng)，變形區(qū)域?qū)?，而后者結(jié)構(gòu)較為方正，變形范圍窄。④車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不同。車輛與護(hù)欄碰撞試驗(yàn)中，車輛在與護(hù)欄發(fā)生碰撞后，車體并不立即停下，而是在護(hù)欄的導(dǎo)向作用下，順著護(hù)欄方向繼續(xù)前行，逐步恢復(fù)到正常行駛方向上直至停止；在正面碰撞試驗(yàn)中，車體直接因障礙壁等物體的阻擋而立即停止。⑤乘員運(yùn)動(dòng)形態(tài)不同。車輛與護(hù)欄碰撞試驗(yàn)中，在發(fā)生碰撞時(shí)，車體的運(yùn)動(dòng)在橫、縱方向均有較大的變化，車內(nèi)乘員的運(yùn)動(dòng)方式也會(huì)隨著車體運(yùn)動(dòng)的改變而變化，除了具備正面碰撞乘員在縱向運(yùn)動(dòng)特征外，還具有橫向運(yùn)動(dòng)特征。若車輛的碰撞速度高，則與護(hù)欄碰撞較為劇烈，乘員頭部還有可能與側(cè)面窗戶等物件發(fā)生碰撞，增加了乘員的損傷風(fēng)險(xiǎn)性。在正面碰撞試驗(yàn)中，乘員與側(cè)窗發(fā)生碰撞的可能性極小。由此可見，車輛與護(hù)欄碰撞形式與正面碰撞形式是不同的，前者能否采用后者的乘員損傷評(píng)價(jià)方法，有待商榷。歐盟的 ASI 與我國(guó)的 HPC 沒(méi)有直接的聯(lián)系，但由于它們均能表示乘員傷害情況，所以兩者還是存在一定的相關(guān)性。國(guó)內(nèi)外學(xué)者也對(duì)它們的相關(guān)性進(jìn)行了研究。我國(guó)《高速公路護(hù)欄安全性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》主要起草人于樹平和喬希永等研究人員曾通過(guò)實(shí)車試驗(yàn)探討了護(hù)欄碰撞試驗(yàn)乘員加速度傷害指標(biāo) ASI 和頭部損傷指標(biāo) HPC（其計(jì)算方式與 HIC 一致）的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)表明：當(dāng) ASI 為 時(shí)，假人頭部與側(cè)門發(fā)生了碰撞，其 HIC 值已超過(guò) 200，并得出結(jié)論：對(duì)于護(hù)欄的側(cè)面碰撞，HPC 值為 1000 的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)不適合用于護(hù)欄的評(píng)價(jià) [30]。Shojaati，Bmst 等人 [34]通過(guò)九次實(shí)車碰撞試驗(yàn)，研究了 ASI 和 HIC 的關(guān)系。筆者對(duì)上述文獻(xiàn)的實(shí)車試驗(yàn)數(shù)據(jù)運(yùn)用 MATLAB 軟件 cftool 工具進(jìn)行擬合計(jì)算，得到 HPC 與 ASI 的回歸模型如（式 ） ，其關(guān)系曲線如圖 所示。 式（） ASIHPCee???????式中，ASI——乘員加速度傷害指標(biāo)；HPC——乘員頭部性能指標(biāo)。圖 ASI 和 HPC 關(guān)系圖 Relationship between ASI and HPC決定系數(shù) R2 是判斷回歸模型擬合程度優(yōu)劣最常用的數(shù)量指標(biāo)。該值越大，模型擬合程度越高。經(jīng)計(jì)算本回歸模型的決定系數(shù) R2=，筆者認(rèn)為本模型擬合優(yōu)度較好。表 ASI 與 HPC 轉(zhuǎn)換表 Transition from ASI to HPC等級(jí) ASI HPCASIA ≤ ≤ASIB ＜ASI≤ ＜HPC≤ASIC ＜ASI≤ ＜HPC≤根據(jù)式（） ，按照歐盟 EN1317 乘員安全評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的劃分，計(jì)算得出相應(yīng)的 HIC 值如上表 所示，ASIC 級(jí)已經(jīng)屬于高危險(xiǎn)情況。因?qū)嵻囋囼?yàn)經(jīng)費(fèi)昂貴，獲取的數(shù)據(jù)量相對(duì)較少，無(wú)法十分精確地提取二者關(guān)系，但從少量的數(shù)據(jù)中，我們?nèi)钥梢钥闯觥秾?shí)車正面碰撞乘員保護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)則》 （CMVDR294）中，用乘員頭部性能指標(biāo) HPC 限值來(lái)評(píng)價(jià)車輛與護(hù)欄碰撞中乘員的損傷有點(diǎn)過(guò)于寬松，因此，在護(hù)欄碰撞安全評(píng)價(jià)中，假人頭部性能指標(biāo) HPC 由原來(lái)的 1000 降至 更為合適。 本章小結(jié)本章簡(jiǎn)要地介紹了各國(guó)防撞護(hù)欄試驗(yàn)方法及安全評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)；概括和分析了國(guó)內(nèi)外護(hù)欄安全性能主要評(píng)價(jià)指；最后認(rèn)為將我國(guó)《高速公路護(hù)欄安全性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》中乘員安全評(píng)價(jià)指標(biāo)之乘員頭部性能指標(biāo)值由 1000 降至 更為合適。第三章 雙條半剛性護(hù)欄結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 汽車與護(hù)欄碰撞機(jī)理汽車與護(hù)欄的碰撞是一個(gè)十分復(fù)雜的過(guò)程。護(hù)欄的結(jié)構(gòu)形式、材料、護(hù)欄板與立柱的連接、車輛與護(hù)欄板之間的摩擦等諸多因素對(duì)事故車輛的碰撞行為均有顯著的影響。在車輛與護(hù)欄碰撞過(guò)程中，車輛在水平面上所受到的作用力包括：與護(hù)欄的摩擦力、與地面的摩擦力，二者可分解為橫向作用力和縱向作用力，如圖 所示；護(hù)欄水平面所受作用力為：土壤的約束力、與車輛的摩擦力和車輛慣性引起的壓力，如圖 所示 [35]。 圖 汽車受力分解圖 圖 護(hù)欄受力分解圖 Thrust deposition of vehicle Thrust deposition of guardrail對(duì)于車輛，橫向作用力垂直于護(hù)欄板縱平面，使碰撞車輛沿順時(shí)針旋轉(zhuǎn)；縱向作用力平行于護(hù)欄板縱平面，使車輛沿逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。橫向作用力和縱向作用力共同決定了車輛碰撞時(shí)的減速行為和轉(zhuǎn)向行為。如果橫向力引起的力矩大于縱向力產(chǎn)生的力矩，那么事故車輛將順時(shí)針轉(zhuǎn)向靠近護(hù)欄，車輛的運(yùn)動(dòng)軌跡得到校正；反之事故車輛將會(huì)出現(xiàn)橫向打轉(zhuǎn)或者翻滾等不良后果 [9]。良好的護(hù)欄結(jié)構(gòu)應(yīng)具備吸收碰撞能量和校正車輛運(yùn)動(dòng)軌跡的功能，以確保車輛和乘員的安全，降低事故的損傷程度。對(duì)于護(hù)欄，波形護(hù)欄板、防阻塊、立柱各部件一起承受來(lái)自車輛的碰撞力和土壤的約束力，以吸收絕大部分的碰撞能量。其中波形護(hù)欄板主要承受拉力，橫向方向發(fā)生彎曲變形，以較高強(qiáng)度抵抗車輛的沖撞，防止車輛沖出道路，縱向方向發(fā)生拉伸變形，以較好的連續(xù)性校正車輛的運(yùn)動(dòng)方向，豎直方向發(fā)生擴(kuò)張變形，波紋的逐步展開較好的吸收碰撞能量；防阻塊在傳遞護(hù)欄板壓力的同時(shí)，自身發(fā)生變形吸收部分碰撞能量；而立柱則主要承受彎矩，起著支撐系統(tǒng)完整性的作用。護(hù)欄結(jié)構(gòu)中最為重要的組成部分是波形護(hù)欄板，它的波紋越深，斷面的可變形量越大，吸收能量越多。與此同時(shí)，波形護(hù)欄板的波紋越深，車輛與護(hù)欄的接觸面積便越小，兩者之間的摩擦力也會(huì)越小，即車輛受到的縱向作用力減小了，有利于車輛運(yùn)行軌跡的校正 [36][37]。 車輛碰撞防撞護(hù)欄后引發(fā)騎跨、下鉆事故的分析 車輛與護(hù)欄發(fā)生碰撞后，若車輛發(fā)生下鉆、騎跨、翻車等現(xiàn)象時(shí)，車內(nèi)乘員的安全無(wú)法保障。因此諸如此類現(xiàn)象是不允許發(fā)生的 [33]。本文著重考慮車輛下鉆和騎跨事故類型。 騎跨事故分析車輛碰撞護(hù)欄時(shí)產(chǎn)生的騎跨運(yùn)動(dòng)主要受汽車保險(xiǎn)杠下邊緣和護(hù)欄橫梁中心線高度差的影響，并和汽車運(yùn)動(dòng)情況有直接關(guān)系。由文獻(xiàn) [2]得知，車輛的保險(xiǎn)杠高度是確定護(hù)欄設(shè)置高度的一個(gè)關(guān)鍵控制因素，充分考慮這一因素后，就不大可能發(fā)生越出護(hù)欄的事故。為此，我們提出了騎跨事故的數(shù)學(xué)模型，以重點(diǎn)討論汽車保險(xiǎn)杠下邊緣和護(hù)欄橫梁中心線高度差對(duì)