简易伤害指标AIS在汽车碰撞安全工程中的应用

为了有针对性地为乘员提供适当防护，必须理解乘员的碰撞伤害机理。在非测试场合，国际上用简易伤害指标AIS（Abbreviated Injury Scale）对伤害程度进行分级，见表2.1。医学界无法对AIS进行量化测试，但是AIS具有非常重要的统计意义，所以在进行宏观数据分析时其作用非常重要。

表2.1　简易伤害指标AIS

AIS系统由AAAM（Association for the Advancement of Automotive Medicine）和AMA（American Medical Association）所定义^[1]，但是没有直接的量化测量方法。美国NHTSA将人体载荷的承受极限与AIS指标联系起来，建立了NCAP评分体系，其重要意义是，虽然伤害程度不能直接测量，但是我们可以理解人体承受某种外界机械载荷以后会出现哪些可能的后果。AIS对分析交通事故统计数据、观察影响因素及制定改进措施都非常有帮助。

汽车乘员伤害主要属于钝器撞击伤害，乘员保护是从理解乘员各个部位的伤害机理并从人体所能承受的外部机械作用极限值入手。在汽车行业，工程师用伤害测试假人在碰撞试验中代替真人来评价受撞击伤害的程度。工程界把对人体伤害的生物力学响应反映在试验假人身上，因此，应当注意，尽管车辆碰撞安全防护设计已经为降低碰撞伤害做出了巨大贡献，但到目前为止，车辆碰撞保护设计仍是以降低试验假人的伤害水平为目标，其与实际降低真人伤害还是有差距的。

汽车安全试验标准最早由美国运输部发起，其中最主要的要求是试验假人的伤害指标测试必须完全达标。20世纪70年代的美国安全法规要求进行56km/h的刚性壁碰撞试验。试验里要求采用混合Ⅱ型假人在三个部位进行撞击载荷测试：头部加速度、胸部加速度和大腿载荷。20世纪80年代后期，正面碰撞试验标准里开始引进混合Ⅲ型假人，要求提供更多的测试项目，包括胸部变形、颈部力与力矩、小腿力与力矩。同时，侧撞假人SID开发成功并被引用到法规试验，以对肋骨、脊柱和骨盆的加速度进行测量。这些法规里规定的人体载荷限制并不保证完全避免伤害，而只是表明在此水平载荷作用下发生严重伤害的概率较低（大概在30%）。严格来讲，车辆法规里规定的生物力学限值并不是人体的损伤度限值，只是规定了一个人体所能承受外部机械载荷的最大限值，在这个机械载荷作用下，某个部位（如胸部）很有可能（如30%的可能）发生某一程度以上的伤害（如AIS 3+级）。因此，在车辆碰撞试验中，我们只能测取车辆撞击给身体各个部位所带来的机械载荷，而无法直接测量乘员的受伤程度。(www.xing528.com)

在碰撞测试中遇到的问题是，人体的机械载荷和伤害结果并不是严格的一一对应关系。对身体的同一个部位施加同样的机械外力载荷，有的人可能会受伤，而有的人则可能毫发无损，即伤害的程度是有离散性的。身体所受的外力和导致的身体损伤级别AIS之间需要通过生物力学试验进行标定测试，但是并不能保证这种因果关系在所有人身上同样稳定再现，而再现可能性的大小就是伤害风险分析。伤害风险分析可以回答机械外力和伤害程度对应关系的可信度。

例如，在试验室里发现，股骨在受到一定程度的轴向压缩力时就会发生骨折，但是这个力值因人而异。通过试验、事故与案例的统计和回归分析，伤害风险的研究发现，承受5kN时骨折的可能性很小，大概是4%，因此可以认为这个载荷是安全的。但是，当载荷上升到9kN时，骨折的可能性就上升到了29%，这个伤害的可能性已经高到足以要求我们采取防范措施，因此我们就可以依据这个可能性水平制定法规：在碰撞时，大腿轴向撞击力不允许超过9kN，意味着不骨折的可能性为71%。有的国家或地区的法规比较严格，将股骨的撞击力限制在6.8kN，这意味着不出现骨折的可能性为90%，如果进一步降低到3.8kN，则不发生骨折的可能性将上升到97%～98%。法规就是用身体载荷外力量值去控制各种伤害的可能性。

由于无法用仪器测试和度量人体的伤害程度，故我们只能测量身体所承受的外力，然后推知伤害等级的可能性。