轿车行人保护发展现状研究 论文.docx

轿车行人保护发展现状研究摘要本文关注与行人保护方面的被动安全技术应用现状简要分析了国内外法规并对保险杠行人保护技术发动机罩行人保护技术行人保护气囊及其他行人保护技术进行了技术现状及技术方法介绍使整个行人保护被动安全技术有一个直观的展现关键词行人保护法规保险杠发动机罩行人保护气囊行人保护技术应用背景及意义行人作为道路交通中的弱势群体其被汽车碰撞造成的伤害是相当严重的但在在汽车各项技术的发展过程中人们一直比较注重对车上驾乘人员的保护安全气囊安全气帘安全带以及等装备越来越多地出现在国产汽车上然而行人的碰撞保护研究却没有受到同等重视相对于车内乘员伤亡人数的逐年减少车外行人伤亡情况却得不到改观国内外法规现状年欧洲行人保护法规正式出台该法规对车辆行人保护方面的性能进行了分阶段的引导式要求年根据多年的实际情况欧洲对行人保护法规进行了修改和调整推出了新法规即欧洲行人保护法规的推出及改进可以说是发达国家对行人保护要求的一个缩影年开始第一阶段年开始第二阶段图1EuropeACEAPhase2图2EuropeACEAPhase1由中国汽车技术研究中心标准化研究所制定的汽车对行人的碰撞保护标准已经由国家质检总局和国家标准委联合发布并从年月日起正式批准成为推荐性国家标准并有望在年汽车行人保护全球法规实施时同步采用在法规的制约下为了提高各自产品的竞争力各大汽车制造商和一些研究机构纷纷投入专门的技术人员和最先进的计算机设备从事行人安全保护的实验模拟分析工作行人保护技术研究现状根据对事故数据的研究大多数的严重伤亡是因为行人与车辆的发动机罩挡风玻璃以及车顶发生碰撞而造成的且下肢是行人与车辆的第一碰撞位置下肢膝盖的伤害通常被认为是最严重的伤害因为它可能导致人员长期的残疾而头部的伤害则有可能造成死亡表一行人伤害部位分布伤害部位美国欧洲日本平均头部面部颈部胸部腹部骨盆手臂所有腿部大腿骨膝盖小腿骨脚部未知其他对行人身体各部位伤害原因的研究表明的行人头部伤害是因其与车身碰撞所导致的行人臀部的伤害中有是因其与发动机罩斜边碰撞造成的的腿部伤害则是由于腿部与保险杠发生碰撞造成的所以我们必须有针对性的在这些方面做出改善目前国际上用于车辆的行人安全保护装置主要可分为大类一是保险杠改进二是行人安全气囊系统三是发动机罩技术四是车辆智能安全保障系统在汽车被动安全性范围内主要包含了前三项即保险杠技术行人安全气囊技术发动机罩技术将在下文阐述31保险杠技术现状保险杠改进是对保险杠外形进行优化设计或在保险杠的适当地方放置高密度泡沫材料使碰撞的伤害减轻采用性能好的材料是碱轻伤害的有效方法除采用新材料外改进保险杠的外形设计也可以提高行人的保护能力如将保险杠的碰撞点抬高井尽可能不出现尖锐的突起使整个前脸呈圆润的造型从而降低碰撞时对行人的伤害研究结果表明可能存在两种理论用于解释小腿骨折的致伤机制一种理论认为小腿骨折是直接作用力造成多发生在碰撞点附近采用作用力和加速度进行评估另一种理论认为碰撞点以下的小腿惯性弯矩是导致骨折的原因骨折不一定发生在碰撞点这一理论被用于解释胫骨近地端的骨折采用弯矩进行评估而针对长骨的弯曲试验表明长骨材料具有生物材料常见的黏弹性特性骨折的发生不仅决定于载荷大小和加载形式也决定于载荷持续时间见下图图3长骨骨折载荷时间曲线一般运用多体动力学方法来进行事故重建分析来自查尔摩斯工业大学的百分位行人多体动力学模型经过多种尸体试验验证被用做参考的基准行人模型这一行人模型由个椭球体组成由个关节铰链连接并增加了可旋转的膝盖和可模拟骨折的腿骨部分骨折是通过建立的一个球铰链实现的行人的小腿通过被球铰链连接的两段刚体来描述一旦作用在铰链上的载荷超过设定的限值球铰链就由锁止变为自由运动状态使用编程控制软件中程序以便行人模型基于真实受害者的身高和体重调整身体各部分的尺寸质量和惯性矩根据行人伤害的骨折部位信息调整可模拟骨折的铰链在小腿的高度位置肇事车也采用多体动力学模型建立根据实际车辆外形和尺寸确定模型前部结构形状参考类似车型的行人测试结果不同车辆的前部结构刚度特性采用对应的刚度曲线以定义前部接触特性评价的指标包括可断裂铰链处的横向加速度对应加速度评价指标侧向力对应剪切力评价指标轴向力与剪切力的台力和力峰值的作用时间同时计算了保险杠与小腿的接触作用力32发动机罩技术现状321动机罩抬升技术目前的发动机罩抬升装置主要有两种气体发生器式和机械式气体发生器式抬升装置通过化学反应产生瞬时高压气体推动发动机罩后端抬升反应迅速但属于一次性使用的产品使用后的维修成本较高机械式抬升装置通过释放加载后的弹簧或者高压气体抬升发动机罩结构复杂且体积较大但可实现可逆使用成本较低最新的行人保护设计引入了汽车预碰撞技术车辆通过安装在车头的雷达和摄像头等探测前方行人在人一车碰撞发生前一定时间触发行人保护装置从而为行人保护争取宝贵的时间本研究设计的主动式发动机罩抬升装置基于最新的行人保护设计理念主要由传感系统和发动机罩抬升装置组成传感系统中有给抬升装置触发信号的传感单元当传感系统探测并判断车辆将与行人发生碰撞时传感单元给抬升装置触发信号抬升装置通过加装在底部的气体发生器瞬时产生大量气体将发动机罩的尾端抬升该装置反应迅速且可靠性高结构简单体积小巧使用后维修方便成本低具有很好的经济性一般采用实车试验验证新型主动式发动机罩抬升装置的有效性分析发动机罩的抬升时序采用高速摄像机记录发动机罩的整个抬升过程发动机罩结构参数仿真及总布置设计研究欧盟对儿童头型撞击发动机罩的试验的要求为使用的头型以的速度与车辆发动机罩发生碰撞在整个发动机罩试验区域内头部伤害指数不得超过通常发动机罩与发动机舱内部件有一定距离如果在撞击过程中发动机罩变形过大而与舱内部件接触很有可能造成二次碰撞增大头部伤害发动机舱内部对头部碰撞有影响的零部件主要是发动机罩蓄电池空滤电器盒及储液罐等在进行发动机舱布置时应考虑头部碰撞区域尤其是蓄电池空滤及发动机本体最为重要要降低这些件的高度增大与发动机盖板的有效距离同时应结合具体零件尺寸考虑离地间隙运动干涉及热平衡等因素对发动机舱布置的限制这些限制性约束主要与前期造型和总布置有很大关系因此在布置发动机舱时应考虑全面避免造成法规和布置上的冲突通常采用等软件建立发动机罩和头型的数学模型添加约束条件如材料接触条件等从而对不同的撞击位置不同发动机罩结构厚度等参数进行仿真33行人安全气囊技术现状行人保护安全气囊可避免人体撞击到汽车的前挡风玻璃上这类气囊共有种一是发动机罩气囊二是前围安全气囊两者配合使用可减少最常见的行人伤亡事故发动机罩气囊位于保险杠的上方紧靠保险杠处开始展开碰撞前由一个碰撞预警传感器激发可在内完成充气保持充气状态时间可达数秒钟充气后的安全气囊在前大灯之问的部位展开由保险杠顶面向上伸展到发动机罩表面以上气囊的折叠模式和断面设计保证气囊展开时能与汽车前端的轮廓相吻合以保证儿童头部和成人腿部的安全前围气囊系统的作用则是提供两次碰撞保护防止行人被甩到发动机罩后部后被前窗底部碰伤该系统包括个气囊分别由汽车中心线向一侧的柱延伸气囊由传感器探测到行人与保险杠发生初始碰撞后触发在行人翻到发动机罩上滚向前窗这段时间内气囊完成充气个气囊沿前窗底部将左右柱之间的区域完全覆盖不仅能盖住前窗玻璃底部还可盖住刮水器摆轴与发动机罩支座等致命的硬点同时气囊不会完全封住驾驶员的视线34其他技术341溃缩式前大灯设计设计方案必须实现前大灯的安装支架弱化在撞击的时候发生溃缩前大灯溃缩要空间前大灯后部必须留充分的溃缩空间这样可达到吸收冲击能量的目的前大灯的溃缩运动过程中不应该有刚性较大的零件与前大灯运动包络干涉为了满足安装支架的弱化实现在碰撞的时候前大灯整体掉落设计碰撞导向槽结构引导碰撞时大灯的运动并且实现在碰撞的时候前大灯溃缩溃缩要求在前大灯后部留下运动空间此外还通过减少前大灯面罩壳体的厚度采用材料减少前大灯的锐角并且减少前大灯和引擎盖的重合区域避免碰撞的刚性接触减少尽可能实现前大灯的溃缩利用与发动机罩相似的研究方法进行有限元分析通过建立的前大灯结构有限元模型和儿童头部的有限元模拟模型开展碰撞分析首先需要确认的是前大灯的安装脚支架溃缩结构的设计运用有限元等仿真软件分析记录碰撞各阶段前大灯安装脚的应力应变状态342翼子板结构优化设计采用与发动机罩相似的研究方法进行翼子板结构优化包括内凹式结构外倾式结构分段式结构等并以法规的HIC值作为仿真验证的标准10中国汽车企业现状中国一些汽车企业已经积极行动起来年广汽本田汽车公司耗资上千万元在中国汽车技术研究中心进行了国内第次行人碰撞试验并承诺将碰撞数据用于汽车研发把先进的行人保护技术运用到新车型上国内自主品牌汽车在行人保护方面研究也逐渐被重视各车企在新车研发的时候都要专门考虑行人安全保护方面的工程设计和进行相关试验吉利年在欧洲大官方认可试验室著名的汽车安全碰撞试验室西班牙试验室进行了系车型行人保护碰撞测试包括项强制性测试儿童头部碰撞发动机罩区域测试小腿撞击保险杠测试和项非强制性测试大腿撞击机罩前边缘测试成人头部碰撞风挡玻璃区域测试均达到了相关标准顺利通过了欧洲第阶段法规认证总结从上述各个方面的行人保护研究现状可以看到行人保护在国内外已经有了全方位的研究和探索包括对保险杠发动机罩行人保护气囊大灯翼子板的优化一些研究方法已经相对成熟随着技术的进步和舆论的关注相信未来我国也将越来越重视行人安全保护技术我国的基本国情也决定了在我国开展行人安全性研究工作的重要性使行人安全技术的发展更加快速作为驾驶员和行人的我们在出行时也不能对安全意识有所松懈希望通过一系列行人保护系统使过去发生的那些悲剧不再重演多一分保护就能多挽救一个生命参考文献1轿车行人保护技术发展的重要性汽车工程师201162刘建勋闰宏涛行人碰撞保护技术现状分析交通标准化宋新萍黄虎施润伟轿车行人保护法规与新技术拖拉机与农用运输车4宋新萍黄虎施润伟轿车保险杠行人保护技术分析上海工程技术大学学报5许伟李凡刘琦车辆一行人碰撞事故中小腿骨折伤害的研究汽车工程6王宏雁基于行人保护的主动式发动机罩抬升装置交通科学与工程2010127李向荣王凯刘志新李充汽车发动机罩儿童行人保护安全性仿真研究汽车工程2010328总布置设计对行人保护的重要影响汽车工程师200929刘志勇金隼胡敏基于行人保护的溃缩式前大灯设计研究机械设计与制造2009910陈昌明陈家骐基于行人保护的翼子板结构优化北京汽车20094