行人碰撞保护技术的研究

技术已成为汽车安全领域新的研究热点和未来的发 了实行车辆行人保护碰撞试验的建议。ＥＥＶＣ 则于
展趋势。
１ ９９７ 年 成 立 了 ＂行 人 保 护 工 作 组 １ ７ ＂（ＥＥＶＣ
一、行人伤害事故
ＷＧ１ ７），专门致力于车辆关于行人碰撞保护方面的
在机动车辆造成的人员伤亡事故中，行人伤亡 研究。
的人数仅次于车内乘员伤亡人数而位居第 ２ 位。在
１ ．４ １ ０．３ ５ ．６ ６ ．４ ８ ．１ ３ ．９ ４．３ ３ ．３ １ ８．８ ２ ．４ ０ ．５
０
二、行人保护的研究方法
行人碰撞保护方面的研究是目前汽车安全性研 究的最新领域，其主要的研究方法分为试验和计算 机模拟两大方面。
（一）试验模拟 由于目 前 并 没 有 专 门 的 行 人 碰 撞 试 验 假 人，
图 ４ 行人多刚体计算模型
以及行人有限元模型（见图 ５ ）。
图 １ 行人碰撞保护试验示意图
图 ５ 行人有限元计算模型
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大众汽车 ２０１ ４ 年 ２ 月 第 ２０ 卷 第 ２ 期 Ｐｏｐｕｌａｒａｕｔｏ，Ｆｅｂｒｕａｒｙ ２０１ ４，Ｖｏｌ．２０，Ｎｏ．２
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，计算时间快捷，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。有限元计算模型则可以精确地了 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。图 ６ 为采用有限元行人计算模 型模拟的行人与车辆的正面碰撞过程。
（四）车辆综合电子安全保障系统
四、结语 行人碰撞保护是汽车安全性研究的最新领域。 目前，大多数车型在行人安全保护方面水平普遍偏 低，而国内的车型在设计时，更是很少有考虑行人安 全的。但随着国内关于行人保护意识的逐渐加强，
车辆在行人保护方面的安全性能已明显引起了各大 汽车制造厂商的关注。然而，据已有的试验数据表 明，目前尚没有一种车型能够完全满足行人碰撞试 验安全法规的要求，而且在这一领域研究所取得的 经验以及成果也相对较少。车辆对行人碰撞保护性
图 ６ 计算机模拟行人碰撞过程
三、汽车行人保护最新技术 当行人与车辆发生交通事故时，最主要的死亡 原因是来自于行人头部的伤害。而最主要的重伤部 位是腿部。目前国际上用于车辆的行人安全保护装 置可分为四大类：一是改进的保险杠；二是发动机盖 弹升技术；三是行人安全气囊系统；四是车辆智能安 全保障系统。几乎所有先进的技术都是以这四类技 术为基础开发的。 （一）保险杠的改进 如图 ７ 所示，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。 在 汽 车 撞 上 行 人 时，保 险杠会对行人的小腿造成很大伤害。采用吸能较好 的材料是减轻伤害的有效方法。除采用新材料外，
直接相撞的话，会对行人造成非常严重的伤害。因 此，要想保护好行人的头部，发动机罩与发动机之间 就必须有足够的缓冲距离。但是这个距离很高的话 会增加发动机舱的高度，影响整车的风阻系数。日 产汽车公司近来推出一种弹升式发动机罩技术（见 图 ８），最先搭载于 Ｓｋｙｌｉｎｅ Ｃｏｕｐｅ，也就是英菲尼迪 Ｇ３７ 之上。其 原 理 是 在 前 保 险 杠 内 安 装 碰 撞 传 感 器，如果检测 到 撞 人，就 会 启 动 发 动 机 罩 弹 升 控 制 模块，接着爆炸式弹射装置便可瞬间将发动机罩提 高，以减小碰撞对行人造成的伤害。
从表 １ 中可以看出，头部和下肢是行人受伤害 最频繁的部位。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被撞人员的死亡。车身前部区 域碰撞导致行人的伤害中有 １ ５ ．６％是风挡及其框 架导致的，１ ３．３％由发动机罩造成，而发动机罩斜边 （Ｌｅａｄｉｎｇ Ｅｄｇｅ）与保险杠造成的伤害则分别占到了 ６．９％和 １ ５ ．３％，剩下的 ３１ ．９％则是由于行人在碰 撞后被抛至路面而造成的伤害。而对行人身体各部 位伤害原因的 研 究 表 明，３６ ．４ ％ 的 行 人 头 部 伤 害 是 因其与车身风挡碰撞所导致的，１ ７．３％ 是其与发动 机罩碰撞导致的，行人臀部的伤害中有 ４０．１ ％是因 其与发动机罩斜边碰撞造成的，４４．２％ 的腿部伤害 则是由于腿部与保险杠发生碰撞而导致的。因此，
图 ２ 行人试验假人
（二）计算机模拟 对行人碰撞保护研究的另一个重要手段则是计 算机模拟。随着计算机技术的发展，计算机模拟在 工程辅助分析中越来越占有突出的地位。以适当的 理论建立人体和车辆的计算模型，可以在计算机中 虚拟地呈现行人与车辆碰撞的各种工况，从而全方 位地把握行人在碰撞后的运动情况以及伤害情况。 而且，通过计算机模拟可以快速地了解车辆外形、尺 寸的变化对行人碰撞性能的影响，大大地节约了研 究的时间和费用。 目前，关于行人碰撞保护模拟所采用的理论主 要有多刚体动力学理论和有限元理论，其所对应的 计算模型分别为行人多刚体模型（见图 ４）
表 １ 行人伤害部位的分布
汽车工业发达的国家，这个问题显得尤为突出。通
伤害部位 美国 ／％ 欧洲 ／％ 日本 ／％ 平均 ／％
过对事故数据的研究表明，大部分的行人碰撞事故
头部
３２ ．７Βιβλιοθήκη ２９ ．８２８ ．６
３０ ．９
是行人与车身前部发生碰撞。大多数的严重伤害是
面部
３ ．７
５ ．３
２ ．４
４．３
因为行人与车辆的发动机罩、风挡以及车顶发生碰 撞而造成的，而行人的头部、骨盆以及腿部则是受到 严重伤害最常见的部位。表 １ 是各个国家或地区行 人在碰撞事故中受伤害部位的分布情况。
（二）发动机罩弹升技术 汽车与行人发生碰撞时，如果车速很快的话，行 人就会被撞得飞起，然后头部撞向发动机罩或前挡 风玻璃上。发动机罩下面就是坚硬的发动机，如果
图 ７ 保险杠改进
图 ８ 日产汽车公司的弹升式发动机罩技术
图 ９ 丰田 ３６０°气囊保护系统
（三）行人安全气囊系统 行人安全气囊系统以气囊为碰撞缓冲装置。为 避免人体撞击汽车的前挡风玻璃，在发动机盖以及 前挡风玻璃 附 近 设 置 安 全 气 囊，两 者 配 合 使 用。发 动机盖气囊在保险杠上方紧靠保险杠处开始展开。 充气后的安全气囊在两个前大灯之间的部位展开， 由保险杠顶面向上伸展到发动机盖表面以上，保证 了儿童头部和成人腿部的安全。前挡风玻璃附近的 气囊系统的作用则是提供二次碰撞保护，防止行人 被甩到发动机罩上，被前车窗底部碰伤。 福特汽车公司在 ２００７ 年开发了采用外部行人
冲击角度 可变（１ ０ －４７）°
总力
≤５ ＫＮ
弯矩
≤３００ Ｎ ．ｍ
具体的试验方法和评价指标参见表 ２。 最近的研究结果表明，行人保护部件试验的方 法由于是单独进行的，因而不可避免地存在着一定 的局限性，无法全面地了解行人与车辆发生碰撞后 的运动情况以及与不同外形车身的具体接触部位。 因此，各个研究机构正在积极地制订专门的行人碰 撞试验假人，而采用行人试验假人进行全方位的行 人碰撞试验规范也正在积极的讨论之中。图 ２ 即为 讨论中的行人试验假人。
【关键词】 行人保护；碰撞；安全性；汽车
随 着 推 荐 性 国 标 《汽 车 对 行 人 的 碰 撞 保 护》 如果合理地设计车身前部区域的结构，则有可能大
（ＧＢ ／Ｔ２４５５０ －２００９ ）的实施，中国的行人碰撞保护 大地降低行人与车辆发生碰撞所造成的伤害。出于
研究进入了一个新阶段。车辆的行人保护设计越来 上 述原因，欧洲试验车辆委员会（ＥＥＶＣ）早在 ２０ 世
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 其它
０ ９ ．５ ７ ．７ ５ ．３ ７ ．９ ７ ．９ ３ ．２
３ １ ８．１ １ ．１
０ ０
１ ．８ １ １ ．６ ３ ．８ ７ ．９ ８ ．１ ０ ．７
４ ３ ．４ １ ９．８ ３ ．４ ０ ．５
０
４．５ ８ ．５ ４．８ ４．５ ９ ２ ．１ ９ ．３ ４．２ １ ７．２ ２ ．９ ２ ．１ ０
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行人碰撞保护技术的研究
１
冯超
庄秋慧２
【摘要】 行人碰撞保护是目前汽车安全性研究的最新领域，它已成为未来交通安全技术的重要内容。本文介绍了行人 与车辆发生碰撞时主要的伤害模式和伤害数据，以及行人保护的研究方法，并对行人保护最新技术及世界各国在这一领域研 究的最新进展作出了简要的介绍。
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身前部的典型部位进行碰撞试验。冲击器代表了行 人身体最容易受到伤害以及伤害最严重的部位，并 具有与行人相应身体部位类似的力学特性，共分为 ３ 类 ４ 种冲击器：头部冲击器，包括成人头部冲击器 和儿童头部冲击器；大腿冲击器；腿部冲击器。上述 ４ 种冲击器分别代表了成人的头部、儿童的头部、成 人的大腿或臀部以及成人的腿部。试验的目的是研
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安全气囊的概念车，以保护行人安全。丰田公司在 该技术理论上进行延伸，于 ２００８ 年推出了 ３６０°气 囊保护系统（见图 ９）。
除车内气囊外，丰田在车辆的保险杠上和发动 机盖下中网处，安装了包裹全部车头的双层安全气 囊，此外还在发动机盖与前风挡玻璃间，车侧翼子板 和外后视镜处安装了外弹出气囊，使五个外置气囊 将车头全部包裹，甚至减小了行人二次碰撞的伤害， 其对行人的保护达到了非常理想的效果。
剪切
≤６ ｍｍ
冲击器质量
９．５ ｋｇ
大腿对保险杠冲 击试验，可 选 （下 保险杠参考线高 度 ＞５００ｍｍ）