实车足尺碰撞技术发展历程
实车足尺护栏碰撞试验在国外高速公路发达的国家得到了广泛的应用，试验技术已相 当成熟。美国、日本、德国、法国等国家都设有专门的研究机构及永久性的大型碰撞试验场。 除国家级的研究机构外， 一些大学、地区性和财团支持的公路研究部门也开展各自的护栏及 防护设施研究项目，并开发出多种多样的护栏结构。从1952年起，美国开始进行实车足尺 碰撞试验，在20世纪六七十年代发展最为迅速。“美国全国公路合作研究计划”共进行了数 百次实车足尺碰撞试验，研制出几十种护栏结构，并提供了大量的力学参数和试验结果，为 护栏的标准化工作奠定了牢固的基础。美国先后制定和发布了一系列护栏碰撞试验及评价 标准，包括1974发布的NCHRP Report 153、1980发布的NCHRP Report 230、1993年发布的 NCHRP Report 350 以及2009年出版的最新的《安全设施评价手册》 (Manual for Assessing Safety Harduare,以下简称MASH 2009)。各种护栏结构上路使用前，必须按其给定的技术条 件进行试验验证，通过该文件给定的安全评价指标。欧洲和日本碰撞试验自1965年来一直 迅速发展，并根据实车足尺碰撞试验相关方法和研究成果，分别制订了各自的技术评价标准。
目前各国采用的实车足尺碰撞试验技术基本是类似的。试验大致可如下进行：即在试 验场上，按一定的技术条件安装好要试验的护栏及各种测试仪器，试验车通过加速，以一定 的角度和速度在自由状态下与护栏碰撞，各种现场测试仪器(如高速摄影、摄像、电测量仪 器、加速度仪器)将记录下碰撞过程中护栏系统、车辆的动态变化过程，通过分析，判断比较， 给出护栏系统安全性能的客观评价。因为实车足尺碰撞试验是个很复杂的试验，许多关键 的试验条件(如冲击速度、冲出角度等)难以精确控制，加上动力碰撞和材料破坏的随机性和 不稳定性的影响，所以实车足尺碰撞试验不具备重复性。
因此，在资金许可的范围内，加强试验的精确性和可控性、重复性是极为重要的。此外， 不同的研究机构在不同的试验场地，使用不同的测试仪器所得到的试验结果如何比较和评 价，也是需要研究的。
目前，解决上述问题的方法就是试验程序标准化，即所有的研究机构应按统一的标准试 验程序及试验条件进行试验，按统一的评判标准评价护栏的优劣。试验条件一般包括：护栏 类型、设置方法、碰撞过程中护栏结构的变形和破坏情况、人体及车体的减加速度、车辆破损 情况、碰撞后试验车运动轨迹，同时还应给出数据采集方式及测试仪器的类型及精度。对试 验结果的评价标准包括：①结构余度，即护栏导向功能、破坏程度、许可位移指标等；②乘员 风险，包括车辆破损、人体及车体速度、减加速度限制指标；③车辆轨迹，包括碰撞后车辆退 出角度、停止距离、回弹距离等指标。
EN1317是由欧洲标准委员会(CEN)制定提出的。EN1317中不但划分了道路安全设施 的种类，而且规定了各种道路安全设施的安全防护等级与对应的性能评估方法。针对欧洲 道路车流中车型的不同组成，EN1317详细规定了各个级别代表车型的尺寸规格，试验车辆 被大致划分为三种车型：小型车、大型客车和大型货车(HGV)。再根据整车质量把每种车型 具体划分为几种规格。车辆参数中明确规定了整车质量、配重、轮距、轴距、前保险杠离地间 隙、重心位置等的要求，但没有对车辆的具体几何外形做特别要求。试验中可以选择满足规 定的车型或者其他通过配重达到规定要求的车辆。
NCHRP Report是由美国交通部(DOT)下属的交通研究部(TRB)与国内多个研究机构 联合编写，NCHRP是“国家高速公路联合研究项目”的简称。报告中包含了对多种道路设施 安全性能的评估方法与程序，指导高速公路设计工程师、安全工程师、护栏开发人员与其他 关注道路安全的研究人员的工作。经过不断的修订和完善，NCHRP Report 350中所涉及的 护栏安全性能试验与评价准则获得了世界各国普遍认可。NCHRP Report 350中同样规定了 各个级别代表车型的尺寸规格，试验车辆被划分为四种车型：小型车、皮卡、单箱货车和大型 货柜拖车。小型客车中专为紧凑型轿车设立了700C级别，而根据美国皮卡和SUV车型比 例高的特点，特别设立了2000P级别的车辆。车辆参数中明确规定了整车质量、配重、轮距、 轴距、前突出部分尺寸、重心位置等的要求，对车辆的具体几何外形同样没有做特别要求。 随着汽车技术和高速公路的飞速发展，交通流、交通组成、运行速度等因素发生了翻天覆地 的变化，NCHRP Report 350里面的试验标准已经不能适应新的变化，因此在2009年美国国 家高速公路和交通运输协会(American Association of State Highway and Transportation Offi- cials,简称AASHTO)发布了MASH 2009替代了已经使用了16年的NCHRP Report 350标准。其中MASH 2009对微型轿车的质量和角度，轻型载货汽车的质量等内容作出了新的规 定。在MASH 2009中将原NCHRP Report 350标准中使用假人的推荐性标准删除，也就意味 着不建议单独采用假人评价护栏性能。
EN 1317与MASH 2009各自对护栏安全防护性能规定了不同的评估标准，评估中考虑 的因素却可归为两类： 一类是护栏对车辆碰撞防护的评估，另一类是护栏对乘员安全影响的 评估。在护栏对车辆碰撞防护的评估中，优先考虑护栏的强度是否足够承受车辆高速撞击 而不失效，保证能够使车辆维持在护栏之内，用以避免车辆冲出道路或桥梁坠入深谷等恶性 事故的发生。其次，护栏的几何外形也应该重点设计，高等级护栏需要同时阻挡小型客车和 重型载重车的撞击，而不同车型与护栏接触的高度存在很大差别。为防止不同类型车辆与 护栏碰撞时发生骑越或者钻越护栏的现象，护栏的几何外形设计需要考虑兼容多种车辆高 度。最后，根据车辆碰撞轨迹，评估护栏的部件设计结构是否合理。碰撞后要求车辆维持在 原有车道，护栏需要具有很高的吸能特性并保持变形在可控制的范围内，才能更多吸收碰撞 产生的能量从而有效降低碰撞对乘员的冲击损伤。同时，护栏需要具有恰当的结构刚度和 可预期的部件断裂方式。这样才能保证车辆在碰撞后不产生过大的反弹，不会侵入到相邻 车道，避免事故车辆对道路的其他使用者造成二次伤害。
在护栏对乘员安全影响的评估中，乘员安全风险与车辆碰撞护栏的动态响应之间的关 系很难量化评定。众多重要影响因素均影响乘员损伤指标，比如乘员的体形、座椅位置、碰 撞发生前的姿态、车辆约束系统、车辆内饰等的不同均会对试验结果产生显著的影响。尽管 近年来在试验手段，计算机模拟技术以及假人开发方面都取得了长足的进步，这些技术无疑 加强了对试验中乘员损伤的评估能力。但是由于考虑到试验成本的大幅度增加和缺乏相关 研究护栏的机构对新技术进行试验中的应用检验，对ASI和THIV等伤害指标计算中存在很 多的假设，比如乘员位置处于车身重心位置、忽略车辆碰撞时的偏转、乘员空间假定为 ±0.3m×±0.6m的空间等。数据均采集自车身重心处加速度信号，经过等效换算公式得到 损伤指标。所以乘员伤害指标并不能直接反映实际试验对乘员的真实损伤程度，但通过纵 向对各个试验中不同的ASI值的对比评估可得到对乘员提供更多保护的护栏。显然，在护 栏评估中加入对乘员损伤的规定从根本上反映了对道路使用者的保护，但其评估指标的制 定至今仍然存在诸多假设，尚需要做更多的试验来修正与改进评估方法，才能较为准确地对 乘员伤害指标做出准确评估。
我国实车足尺碰撞试验技术近几年发展较快，从1989年开始，交通部公路科学研究所 等单位开始了实车足尺碰撞技术的研究，1993年完成了全国初步的两次实车足尺碰撞试验， 主要取得了如下成果：
(1)修建了我国第一个大型的实车足尺护栏碰撞试验场，研制了一套较为完整的加速牵 引导向装置。
(2)建立了一套完整可靠的数据采集系统，并开发研制了一批测试记录设备。
(3)共进行了近百次实车足尺碰撞试验，得出了一组比较合理的波形梁护栏新结构，验 证了两种已上路使用的特殊形式的护栏结构。
(4)在碰撞试验的基础上，分析研究提出了护栏设计的一些指标，为补充修改高速公路 交通安全设施、技术施工规范提供了重要的依据。
在这些研究试验工作的基础上，1994年交通部颁布了《高速公路交通安全设施设计及 施工技术规范》(JTJ 074—1994),并在2005年进行了修订。2004年颁布了《高速公路护栏 安全性能评价标准》(JTG/T F83-01—2004),并在2013年进行修订，颁布了《公路护栏安全 性能评价标准》(JTG B05-01—2013)。实车足尺碰撞试验成为交通安全设施检测、研究的重要手段。
目前各国采用的实车足尺碰撞试验技术基本是类似的。试验大致可如下进行：即在试 验场上，按一定的技术条件安装好要试验的护栏及各种测试仪器，试验车通过加速，以一定 的角度和速度在自由状态下与护栏碰撞，各种现场测试仪器(如高速摄影、摄像、电测量仪 器、加速度仪器)将记录下碰撞过程中护栏系统、车辆的动态变化过程，通过分析，判断比较， 给出护栏系统安全性能的客观评价。因为实车足尺碰撞试验是个很复杂的试验，许多关键 的试验条件(如冲击速度、冲出角度等)难以精确控制，加上动力碰撞和材料破坏的随机性和 不稳定性的影响，所以实车足尺碰撞试验不具备重复性。
因此，在资金许可的范围内，加强试验的精确性和可控性、重复性是极为重要的。此外， 不同的研究机构在不同的试验场地，使用不同的测试仪器所得到的试验结果如何比较和评 价，也是需要研究的。
目前，解决上述问题的方法就是试验程序标准化，即所有的研究机构应按统一的标准试 验程序及试验条件进行试验，按统一的评判标准评价护栏的优劣。试验条件一般包括：护栏 类型、设置方法、碰撞过程中护栏结构的变形和破坏情况、人体及车体的减加速度、车辆破损 情况、碰撞后试验车运动轨迹，同时还应给出数据采集方式及测试仪器的类型及精度。对试 验结果的评价标准包括：①结构余度，即护栏导向功能、破坏程度、许可位移指标等；②乘员 风险，包括车辆破损、人体及车体速度、减加速度限制指标；③车辆轨迹，包括碰撞后车辆退 出角度、停止距离、回弹距离等指标。
EN1317是由欧洲标准委员会(CEN)制定提出的。EN1317中不但划分了道路安全设施 的种类，而且规定了各种道路安全设施的安全防护等级与对应的性能评估方法。针对欧洲 道路车流中车型的不同组成，EN1317详细规定了各个级别代表车型的尺寸规格，试验车辆 被大致划分为三种车型：小型车、大型客车和大型货车(HGV)。再根据整车质量把每种车型 具体划分为几种规格。车辆参数中明确规定了整车质量、配重、轮距、轴距、前保险杠离地间 隙、重心位置等的要求，但没有对车辆的具体几何外形做特别要求。试验中可以选择满足规 定的车型或者其他通过配重达到规定要求的车辆。
NCHRP Report是由美国交通部(DOT)下属的交通研究部(TRB)与国内多个研究机构 联合编写，NCHRP是“国家高速公路联合研究项目”的简称。报告中包含了对多种道路设施 安全性能的评估方法与程序，指导高速公路设计工程师、安全工程师、护栏开发人员与其他 关注道路安全的研究人员的工作。经过不断的修订和完善，NCHRP Report 350中所涉及的 护栏安全性能试验与评价准则获得了世界各国普遍认可。NCHRP Report 350中同样规定了 各个级别代表车型的尺寸规格，试验车辆被划分为四种车型：小型车、皮卡、单箱货车和大型 货柜拖车。小型客车中专为紧凑型轿车设立了700C级别，而根据美国皮卡和SUV车型比 例高的特点，特别设立了2000P级别的车辆。车辆参数中明确规定了整车质量、配重、轮距、 轴距、前突出部分尺寸、重心位置等的要求，对车辆的具体几何外形同样没有做特别要求。 随着汽车技术和高速公路的飞速发展，交通流、交通组成、运行速度等因素发生了翻天覆地 的变化，NCHRP Report 350里面的试验标准已经不能适应新的变化，因此在2009年美国国 家高速公路和交通运输协会(American Association of State Highway and Transportation Offi- cials,简称AASHTO)发布了MASH 2009替代了已经使用了16年的NCHRP Report 350标准。其中MASH 2009对微型轿车的质量和角度，轻型载货汽车的质量等内容作出了新的规 定。在MASH 2009中将原NCHRP Report 350标准中使用假人的推荐性标准删除，也就意味 着不建议单独采用假人评价护栏性能。
EN 1317与MASH 2009各自对护栏安全防护性能规定了不同的评估标准，评估中考虑 的因素却可归为两类： 一类是护栏对车辆碰撞防护的评估，另一类是护栏对乘员安全影响的 评估。在护栏对车辆碰撞防护的评估中，优先考虑护栏的强度是否足够承受车辆高速撞击 而不失效，保证能够使车辆维持在护栏之内，用以避免车辆冲出道路或桥梁坠入深谷等恶性 事故的发生。其次，护栏的几何外形也应该重点设计，高等级护栏需要同时阻挡小型客车和 重型载重车的撞击，而不同车型与护栏接触的高度存在很大差别。为防止不同类型车辆与 护栏碰撞时发生骑越或者钻越护栏的现象，护栏的几何外形设计需要考虑兼容多种车辆高 度。最后，根据车辆碰撞轨迹，评估护栏的部件设计结构是否合理。碰撞后要求车辆维持在 原有车道，护栏需要具有很高的吸能特性并保持变形在可控制的范围内，才能更多吸收碰撞 产生的能量从而有效降低碰撞对乘员的冲击损伤。同时，护栏需要具有恰当的结构刚度和 可预期的部件断裂方式。这样才能保证车辆在碰撞后不产生过大的反弹，不会侵入到相邻 车道，避免事故车辆对道路的其他使用者造成二次伤害。
在护栏对乘员安全影响的评估中，乘员安全风险与车辆碰撞护栏的动态响应之间的关 系很难量化评定。众多重要影响因素均影响乘员损伤指标，比如乘员的体形、座椅位置、碰 撞发生前的姿态、车辆约束系统、车辆内饰等的不同均会对试验结果产生显著的影响。尽管 近年来在试验手段，计算机模拟技术以及假人开发方面都取得了长足的进步，这些技术无疑 加强了对试验中乘员损伤的评估能力。但是由于考虑到试验成本的大幅度增加和缺乏相关 研究护栏的机构对新技术进行试验中的应用检验，对ASI和THIV等伤害指标计算中存在很 多的假设，比如乘员位置处于车身重心位置、忽略车辆碰撞时的偏转、乘员空间假定为 ±0.3m×±0.6m的空间等。数据均采集自车身重心处加速度信号，经过等效换算公式得到 损伤指标。所以乘员伤害指标并不能直接反映实际试验对乘员的真实损伤程度，但通过纵 向对各个试验中不同的ASI值的对比评估可得到对乘员提供更多保护的护栏。显然，在护 栏评估中加入对乘员损伤的规定从根本上反映了对道路使用者的保护，但其评估指标的制 定至今仍然存在诸多假设，尚需要做更多的试验来修正与改进评估方法，才能较为准确地对 乘员伤害指标做出准确评估。
我国实车足尺碰撞试验技术近几年发展较快，从1989年开始，交通部公路科学研究所 等单位开始了实车足尺碰撞技术的研究，1993年完成了全国初步的两次实车足尺碰撞试验， 主要取得了如下成果：
(1)修建了我国第一个大型的实车足尺护栏碰撞试验场，研制了一套较为完整的加速牵 引导向装置。
(2)建立了一套完整可靠的数据采集系统，并开发研制了一批测试记录设备。
(3)共进行了近百次实车足尺碰撞试验，得出了一组比较合理的波形梁护栏新结构，验 证了两种已上路使用的特殊形式的护栏结构。
(4)在碰撞试验的基础上，分析研究提出了护栏设计的一些指标，为补充修改高速公路 交通安全设施、技术施工规范提供了重要的依据。
在这些研究试验工作的基础上，1994年交通部颁布了《高速公路交通安全设施设计及 施工技术规范》(JTJ 074—1994),并在2005年进行了修订。2004年颁布了《高速公路护栏 安全性能评价标准》(JTG/T F83-01—2004),并在2013年进行修订，颁布了《公路护栏安全 性能评价标准》(JTG B05-01—2013)。实车足尺碰撞试验成为交通安全设施检测、研究的重要手段。
