借《疯狂动物城》说安全带设计

《疯狂动物城》里朱迪第一天出门，上车第一件事是系好安全带。安全带堪称汽车乘员约束系统的核心部件。不过，对本尊小巧玲珑如朱迪的汽车乘员来说，在遇到紧急情况时，现有的汽车安全带设计好用吗？

要回答这个问题，需要说三点与乘员身材密切相关的安全带知识。

第一点，汽车安全带的设计基础是中等身材的人群。 朱迪与倪克，黑老大与熊保镖，一组又一组的的最萌身高差可谓深入人心。尽管不如电影里来得夸张，现实世界里汽车乘客的体型差异也同样巨大。现有的汽车安全设计仍然以中等身材尺寸的人群为主。在汽车安全设计的起步阶段，以中等身材作为研究对象可能覆盖相对多的人群，尽快提升汽车对乘客的保护能力。安全带的重要设计工具之一是与人体形似的碰撞假人。《混III碰撞假人小历史》里曾对称霸汽车安全研究数十年的混III家族的发家史有过详细的介绍。目前设计水平最高的碰撞假人代表着中等身材的成年男性。近年来随着物质生活水平不断提高、高大、肥胖的人群所占比例明显上升，尽管假人家庭也在不断壮大，但有限的假人产品依然只代表一小部分典型的身材特征。

所以，对身材娇小如朱迪，或者是人高马大如长颈鹿的乘客来说，现有汽车开发里的技术手段还很难为他们量身打造最有效的安全设计。

第二点，安全带的设计局限，使它的性能受到乘员身材的影响。 安全带的核心工作部件之一是卷收器。简单的说，安全带的织带从卷收器中伸出，并在碰撞事故中约束住乘客身体的运动。卷收器提供的织带拉伸力不是恒定的，而是随着织带的伸长量呈现逐渐上升的趋势。面对千变万化的乘客身材特点，常见的卷收器设计还不能作出自我调整，于是，在碰撞事故里，安全带的性能还在很大程度上受到乘员自身身材的影响。

弗吉尼亚大学曾通过碰撞试验对比过同一款卷收器对不同体型乘客表现出来的性能。在相同的碰撞条件下，肥胖的乘客比起普通身材需要更长的织带伸长量来佩戴安全带，导致安全带肩带的约束力上升较快。而小体型的乘客，在使用座椅增高垫的情况下，也表现出类似的情况（欲知这些卷收器性能随乘客身材而变化的科学解释，且听下回分解）。

于是，再一次回到乘客体型差异的话题上，相比中等体型的乘客，体型较小或较为肥胖的乘客，都难以让安全带发挥预期的设计效果。

第三点，乘员体型也和受伤风险有关系。 当碰撞事故突出其来时，不止安全带的设计有所局限，乘员的身材也同样对受伤风险有影响。最为明显的例子是肥胖人群。对于肥胖人群而言，由于脂肪大量在腹部、大腿堆积，导致下半身重量相对较大。牛顿定律里深刻的揭示了体重与惯性的关系。相应地，在碰撞事故里，即使卷收器提供了更大的约束力，现有的安全带腹带也不能有效的“拴住”肥胖人士冲向前的运动。在有限的车内空间里，身体与其他部件碰撞并受伤的风险也迅速上升。

于是，当我们再次把话题扯回乘员体型差异上时，尽管电影里对大象或是狮子的安全带系法未着笔墨，但这并不是一个能轻松解决的问题。

回应篇首提出的疑问，个体之间的巨大差异，不止存在于理想化城邦的勾画中，也仍然是汽车安全设计里还未完全解决的问题。尽管安全带不能做到十全十美，但它仍然是目前汽车乘员安全里最核心的部件之一。正如《不系安全带千万别去碰气囊！》文中明确指出的，安全带，也是气囊等一系列部件发挥作用的基础。

回到现实当中，美国已经更新了原有了汽车正面碰撞法规，进一步考察佩戴安全带对代表小体型乘员的混III 5百分位女性假人的保护效果。近年来，多个国家的新车安全测评（NCAP）中也加入了类似的考量。保护差异化的乘客个体，成为汽车安全领域的发展趋势，业界正在不断致力于研究相应的对策，从人体的伤害机理，到数值和试验研究，从概念设计，再到产品开发。

羚羊天后倾情演绎的“Try everything”的歌声中，也同样诠释着学术界和工业界为实现“Seatbelt can be for anyone”而付诸的不懈努力。

主要参考文献 周青. 行人碰撞保护.《汽车碰撞安全基础》学堂在线公开课程，第5讲，第8讲，2016.

http://www.xuetangx.com/courses/course-v1:TsinghuaX+80150193X+sp/about

黄毅. 考虑乘员身材和碰撞强度差异的约束系统影响参数研究[博士学位论文]. 清华大学, 2015.

Huang Y, Zhou Q, Zhang X, Wang C. Optimisation Study of Occupant Restraint System Concerning Variations in Occupant Size and Crash Severity in Frontal Collisions. Int J Vehicle Safety; 8(4): 299-313, 2015.

Nie B, Poulard D, Subit D, Donlon D, Forman J, Kent R.Experimental Investigation of the Effect of Occupant Characteristics on Contemporary Seatbelt Payout Behavior in Frontal Impacts. Traffic Inj Prev.DOI: 10.1080/15389588.2015.1088944.

文| 聂冰冰，清华大学学士、亚琛工大硕士、清华大学博士，现在美国弗吉尼亚大学从事损伤生物力学研究。