汽车行人保护开发与研究报告进展

. .. .丝窒Design research汽车行人保护开发与研究进展庭志吉清(华南理工大学机械与汽车工程学院 510640)摘要：行人保护是汽车安全技术领域的前沿和热点问题。

随着各国立法的推进，各汽车厂商面临的行人保护压力将越来越大。

现行主要法规有 EEVC系列、GTR、Euro NCAP等。

文中综述了国外行人保护研究的最新方法和技术，展望了行人保护技术的发展趋势和方向。

面向行人保护的被动安全技术核心在于碰撞能量的吸收，主要的技术路线包括新材料的应用和安全结构的改进。

而能避免事故发生的主动安全技术将逐渐成为汽车安全领域研究的新趋势。

关键词：汽车碰撞；行人保护；安全技术The LatestProgressofthe Research for Pedestrian Protection ofCarAbstract：Pedes~ian protection is the forefrontand hotissues ofautomotive safety technology．The research ofpedes~ian protectionwillbemoreandmoreurgentashetlegislation forward．ThereareEEVC series，GTR andEuroNCAP,etc．hT elatestresearch methodsnda techniquesathomeand abroad ofpedestrian protection weredescribed．Look into het future ofpedestrian protection．hT e passive safety technology ofpedestrian protection lies in the absorption ofimpactenergy,them ain techn icalroute ishet application ofnew materials and hetimprovementof security structure．In order to avoid accidents，active safety technology hasbecoming het focusand trendsofhet automotivesafetyresearch．Key words： Carcrash；Pedestrian protection；Safety technology14％，美国 11％。

前言行人是道路交通使用者中的弱势群体，人一车碰撞是以行人高致死率、高重伤率和高致残率为特征的碰撞。

欧盟对道路交通事故分析显示，行人在交通事故中的死亡率是车乘员的 9倍。

在我国，据《中华人民共和国道路交通事故统计年报 (2007年度)》数据显示，2007年行人因交通意外死亡的人数为21106人，占全部交通死亡人数的25．85％，行人交通事故受伤人数为70838人，占全部交通受伤人数的18．62％。

在国外，行人占交通事故死亡人数的比例为：英国 21％，德国. .. .汽车驾驶员摩托车驾驶员拖拉机驾驶员他机动车驾驶员非机动车驾驶员机动车乘员非机动车乘员行人U5lU lb ZU Z530图 1 不同交通参与者在事故中的死亡比例Fig．1 The death rate ofdifferenttraffic participants in the caraccident汽车从诞生至今，很长一段时问其安全性都是围绕如何保证车人员的安全，而对如何保护车外行人则考虑甚少。

直到上世纪 90年代行人保护才在欧洲被真正重视起来。

随后各国的行人保护立法大大推进了行人保丽万方数据护技术的研究。

今天，加强行人保护研究已成为各国、各汽车企业的共识，各种行人保护技术得以发展和应用。

被动安全技术方面有日产、捷豹、本田等公司的主动弹升式发动机罩技术，本田的 G—CON技术，福特的行人保护安全气囊等；主动安全技术方面有宝马的人．车沟通系统、沃尔沃的碰撞警示系统(CWAB)等。

1、行人保护研究方法行人保护的研究方法主要有试验研究和计算机仿真模拟两类。

而研究领域已经拓展到了交通事故统计研究和人体损伤生物力学。

试验研究一种是部件试验，一种是立姿假人试验。

假人模型试验能够很好地再现行人在碰撞过程中受到的伤害及运动情况，确定车身撞击行人时的具体部位。

向荣，吕恒绪等在对比研究了人体模块试验的局限性之后对立姿假人及其试验方法与装置进行了全面介绍。

Denton公司设计的立姿假人以混合型假人为蓝本，在设计中考虑了假人与车辆的接触部位，以便于进行对假人头部和胸部伤害的评价。

本田公司最新开发的Polar[I 型立姿假人具有更好的生物仿真性。

除此之外，还有志愿者试验、人体尸体试验等方法。

但出于安全和伦理方面的考虑较少使用。

随着计算机技术的发展，计算机模拟在工程辅助分析中占有越来越突出的地位。

行人保护研究方面的计算机仿真软件一类是基于多刚体系统动力学理论，如MADYMO。

采用多刚体计算模型的优点是计算模型的建立较为方便，工作量小，计算快捷，可以高效率地了解行人的运动情况，但是对行人具体伤害情况的掌握却比较困难。

另一类是基于有限元理论建模，如PAM—CRASH。

有限元计算模型可以精确地了解行人不同身体部位的伤害情况，从而更准确地评价车辆在行人保护方面的性能。

但是人体有限元模型的建立十分复杂，涉及到生物力学和人机工程学等领域的复杂理论和试验数据，工作量很大，而且计算时间也相对较长。

对已发生的大量交通事故进行调查、统计、再现，分析得出其中具有的普遍性规律，研究车辆碰撞与人体伤害之间的相关性联系，可以作为行人保护研究的辅助而进婴窒Design research性依据，也可用于验证行人碰撞有限元模型的有效性。

国外的许多研究成果已表明利用统计方法研究交通事故人车接触特点及人体损伤的必要性。

交通事故信息的采集与分析方面，国外已经做了大量研究。

Hassan等研究了面向道路交通安全研究的道路交通事故收集与分析。

Jianfeng．Yao等做了基于行人事故再现的头部伤害分析与研究。

群印提出采用序列线性规划的优化方法来再现真实事故，为快速的行人交通事故再现提出了一种新方法。

而清华大学袁泉、一兵等n已经着手构建汽车碰撞行人事故深入数据源，用于有关人车碰撞特点分析的研究。

人J满大图2 实体人头部有限元模型Fig．2 Head finite elementmodel汽车安全技术与人体损伤生物力学有着依赖关系，对汽车安全性能研发的成功与否，很大程度上取决于是否能通过人体损伤生物力学的损伤标准。

人体损伤生物力学的科学研究和汽车安全的技术研发是保护乘员和行人安全的两大前提。

JikuangYang等研究了在不同加载条件下的人一车碰撞中行人的生物力学表现，包括动力学响应、损伤机理、耐受限度等。

阮世捷，胡习之等”研究了汽车安全与人体损伤生物力学的因果关系，指出实体人有限元模拟研究将是今后人体损伤生物力学研究中的一个重点。

国外的韦恩州立大学、路易斯巴斯德大学、瑞典皇家工学院，国的大学、天津科技大学等建立的有限元模型处于领先地位。

Ruan．S Jie 等朝人建立的有限元实体人模型己取得了在所有的碰撞模拟人中极高的仿生可靠性能。

玮，阮世捷等提出了应用于头部损伤生物力学研究的三维模型的万方数据. .. ... ..范文 窒Design research改进方法，以建立具有更高生物逼真度的有限元模型。

虽然至今仍没有完善的有限元模型来重构行人碰撞，但人体损伤生物力学的研究必将促进人体有限元模型的改善，具有高生物逼真度的有限元模型将可以替代一些昂贵的部件试验。

2、行人保护技术的研究进展通过对交通事故数据的研究分析表明，头部和下肢是行人受伤害最多的部位。

针对于此，目前国外的行人保护技术主要有四个方面：一是汽车前端系统的改进；二是发动机盖的改进；三是行人安全气囊系统；四是车辆智能安全系统。

2．1汽车前端系统的改进 图3 基于行人保护的汽车前端系统Fig ．3 Carfront-end system based on pedestrian protection汽车前端系统包括保险杠面罩、缓冲装置、保险杠横梁、保险杠支架、纵梁等零部件，是人一车碰撞中首先与人接触的汽车部件，会造成行人腿部及膝盖的伤害。

评价行人腿部的伤害指标有：膝部剪切位移、膝关节弯曲角度、胫骨加速度。

基于行人腿部的伤害机理，目前的行人腿部保护技术主要集中在前端系统结构的改进和新材料的应用，以增加碰撞空间、提高吸能效果。

徐中明，世谦等 建立了行人与汽车碰撞的多刚体模型，综合考虑行人头部与下肢损伤的保护，对汽车前部结构参数进行了多目标优化。

仿真结果表明，发动机罩与水平面夹角对头部损伤有较大影响，保险杠离地高度显著影响下肢损伤指标。

卫国、颜海棋等 提出了满足行人保护的汽车前端系统设计方法。

研究表明车. .. .头平缓圆润的造型可以增加碰撞时腿部的接触面积，减小腿部伤害。

先进的吸能型保险杠可以显著提高行人保护性能，目前主要技术有：液压缓冲吸能式、填充物吸能式(由添加在横梁部的泡沫、树脂类填料变形而吸收能量)、结构吸能式 (利用薄壁钢的压溃特性)。

添加副保险杠可以在碰撞过程中很好地支撑胫骨，防止它向保险杠下侧旋转，降低膝盖受到的侧向弯曲，减小膝关节弯曲角度。

曾必强，胡远志等研究了保险杠与车身连接方式对行人保护的影响，结果表明采用阻尼连接能够改善前端系统的行人腿部保护性能。

2．2发动机罩的改进IHRA (国际协调研究组织 )的研究数据表明，头部在整个行人身体伤害区域中占到了 31．4％，在行人致死的原因分析中，头部伤害占到了62％。

造成头部伤害的主要部件是发动机罩和前挡风玻璃。

基于行人保护的发动机罩技术主要有发动机罩及其铰链机构的结构与材料改进、弹升式发动机罩。

图 4 欧宝蜂窝型发动机罩板Fig。

4 OPEL Hood Innerwith MultiCone Design影响行人保护性能的发动机罩参数主要有机罩质量、厚度，机罩刚度 (屈服极限、弹性模量等)，发动机罩材料、结构等。

如海、王广阔等研究了铝质发动机罩的行人保护性能。

研究表明铝质发动机罩具更良好的缓冲吸能性，能够更好地保护行人的头部。

C Kerkeling 的研究表明采用蜂窝结构的发动机罩板刚度均匀，具有良好的行人保护性能。

轶川I、朱西产等的研究表明发动机罩减震胶的使用对改善行人保护性能有显著效果。

桂、东等研究了使用夹层材料的发动机罩行人保护性能。

除此之外，发动机罩▲蕊万方数据开，由保险杠顶面向上伸展到发动机盖表面以上，保证附近的硬点 (铰链、雨刮等 )u是行人保护设计的难点，将其设计成可压溃的吸能结构是解决方法之一。