关于全球行人保护要求不断提高情况下的车辆设计展望

关于全球行人保护要求不断提高情况下的车辆设计展望加里·布朗英国MIRA有限公司汽车工程师协会有限公司版权所有© 2004摘要无论在哪个市场，未来车辆的造型和总布置将越来越受制于行人保护的要求。

行人保护始于20世纪80年代的一项欧洲计划，目前已经迅速扩展至世界各地，成为所有车辆制造商在改进被动安全、车辆总布置和造型方面所关注的重要问题。

欧洲法规将从2005年起生效，而且2010年将进入更加严格的第二阶段。

随着欧盟成员数量的增加，欧洲法规（包括行人保护）的影响力也在扩大。

日本也计划在2005年实施法规。

欧洲新车评估组织（EuroNCAP）从20世纪90年代中期成立时就设定了单独的行人保护星级。

此外，国际标准化组织（ISO）和国际改装车赛车协会（IHRA）也在考虑行人保护标准，很可能导致巨大的美国市场实施行人保护措施。

这些机构大多数建议不同的试验标准和撞击模拟器，进一步增加了行人保护问题的复杂性，使得车辆设计师在全球市场中更加难以针对行人保护进行车辆设计和总布置。

本文件对比了不同行人保护提案的目前状况及其对车辆设计的影响，并论述了为适应行人保护要求而有必要进行的车辆设计和总布置变化。

序言目前，中国汽车行业集中于国内市场，也就是满足国内市场的需求。

然而，一些制造商将来可能会向全球市场出口车辆。

本文件的目标是强调在这个决策过程中必须考虑的车辆设计新领域之一：行人保护。

在欧洲，多年来政府和法规要求促进了道路安全显著和稳定的提高。

在车辆数量和每年行车里程不断增加的情况下(1,2)，伤亡事故的数量一直在逐渐降低。

表1显示了许多欧洲国家和其他高收入国家在过去30年中的这种趋势。

可纳入道路安全范畴的众多改进包括：道路规划，测速仪，交通调节，街道照明，教育和培训，人行道和行车道分离，以及车辆安全性能。

车辆安全性能方面可以进一步扩展至更加细化的众多改进：车辆前照灯设计、制动和轮胎技术、乘客工效学和视野的改进，行驶平顺性和操控性的改进，以及车辆抗撞性能和乘客约束保护性能的大幅度增强。

乘客伤亡数量的减少导致了行人事故数量百分比的上升，行人大约占人员伤亡的30%(3)。

这种情况导致了欧洲和日本政府和立法者呼吁改进车辆设计，从而保护易受伤害的道路使用者，即使事故统计数据显示总体趋势在不断下降(4)。

虽然欧洲法规提案相当超前，但并非是唯一考虑行人保护的组织。

2003年，日本提出了2005年实施法规的提案。

澳大利亚对此也极为关注，并将其纳入了新车评估程序（NCAP）之中。

ISO和IHRA也在制订行人保护的标准。

本文件概括了各种提案的不同要求，首先论述了欧洲法规，因为欧洲法规是最详细和成熟的提案标准。

欧洲行人保护提案和EURONCAP行人保护协议行人保护事故的研究源于20世纪70年代末和80年代初，随着欧洲加快立法进程，并通过旨向公众提供各车辆安全性能的NCAP获得更加明确的消费者信息，最近10年来这项研究在显著加强。

20世纪80年代，欧盟委员会在其欧洲提高车辆安全委员会中设立了名为EEVS WG10的工作组，其职能是鉴定有关行人保护评估的合理试验方法。

WG10用尸体和各种“混合”站立假人（包括HIII假人以及直立骨盆和SID假人组合）进行了实物试验，从而获得更加精确的脊椎骨和颈部运动。

1994年，WG10报告称(5)，由于所得到试验结果的易变性，不可能为法规评估提议可再现实物试验，但WG10为一系列子系统撞击模拟器提出了一套试验提案：• 下腿部（包括膝关节）与保险杠碰撞；• 上腿部与发动机罩前缘（BLE）碰撞，其撞击模拟器能量取决于车辆几何形状；• 儿童和成人头部与发动机罩碰撞，使用半球形人头模型。

这些子系统撞击模拟器是基于事故数据中身体最容易受伤部位而开发，图1显示了这些部位与车辆的接触点。

376377a.T 0 – 站立的行人b. 膝盖与保险杠接触c. 上腿部与发动机罩前缘d. 头部与发动机罩接触 接触图1：车辆与行人之间主要的伤害性接触点（碰撞速度为40公里/小时）撞击模拟器的生物保真度受到了许多关注，试验方法遭到了普遍批评，特别是汽车行业，汽车行业认为这些提案因车辆设计变化而并不可行(6-9)。

这导致了EEVC WG17的形成，其任务是重新评估试验方法，有关碰撞试验尸体的原始数据，以及撞击模拟器的生物保真度。

重新评估的主要原因之一是利用最近的车辆设计，对照WG10最初调研的20世纪80年代中期的造型。

1998年提出的这些提案(10)详述了试验方法和撞击模拟器的变化，并评估了丰富的数据资料。

这些提案保留了基本试验方法，并增添了一种新方法： SUV 和4x4车辆的上腿部与保险杠选择性试验，针对较高的保险杠装置，以上腿部代替了下腿部。

欧洲汽车制造商也在关注必须一次性实行的必要设计变化的范围。

考虑到一些改进的作用虽然不如WG17的详尽提案，但其早于法规的实施将更早地拯救生命，欧洲汽车制造商提议欧洲汽车制造商协会（ACEA ）、日本汽车制造商协会（JAMA ）和韩国汽车制造商协会（KAMA ）的所有成员签署约定，分两个阶段提高行人保护水平，这就是2001年公布的《欧洲汽车制造商约定》(11)。

其吸引力在于作为法规的备选方案和较早的实施时间。

2002年6月，欧洲议会作出了一项重要决定，决定实施基于《欧洲汽车制造商协会约定》提案的法规。

这将形成两个阶段的行人保护法规方案：2005年10月起实施第一阶段，2010年则进入更加严格的第二阶段。

除了法规之外，EuroNCAP 也采用了其行人保护协议（参见 ），以单独于乘客安全保护评级的星级公布于众。

以上提案和协议均基于相同的EEVC WG17基本试验方法，这将在两个阶段的法规方案和EuroNCAP 协议之间进行对比之前加以说明。

下腿部与保险杠碰撞在保险杠对膝关节造成伤害时，如果膝盖韧带撕裂或损伤，或者膝盖本身发生骨折，会形成长期和永久性伤残。

图2显示了下腿部测量的三种膝关节伤害度指数。

图2：下腿部撞击模拟器测量的伤害度指数撞击模拟器由钢制股骨和铝制胫骨组成，两者由塑性可变形钢制膝盖韧带相连接。

在股骨中，这些韧带连接剪切弹簧，能够在股骨和胫骨之间记录膝盖剪切位移。

25毫米的Confor ™泡沫材料层环绕腿部，代表腿部肌肉，其保护外层是氯丁橡胶。

每次试验都要更换Confor ™泡沫和韧带。

腿部构造如图3所示。

图3：EEVC WG17下腿部撞击模拟器的构造下腿部以40公里/小时的速度无阻碍地射向保险杠装置，沿着车辆基准水平面撞击车辆前端。

下腿部中的仪器记录伤害程度。

位于膝关节下面的加速计直接记录胫骨加速度，两个旋转电位计将数据转化为膝盖弯曲角度和膝盖剪切位移。

SUV 的上腿部与保险杠选择性碰撞许多SUV 的保险杠装置高于常规车辆，导致了保险杠与上腿部而不是膝盖的碰撞。

控制下腿部弯曲角度所必要的设计变化也完全不适于SUV ，其原因在车辆设计变化部分进行了说明。

发生上腿部骨折的原因不是骨骼承受了极大的剪切力，就是沿股骨产生了极大的弯曲力矩，这个撞击模拟器就是测量这些指数。

图4显示了负荷机理，图5则显示了上腿部撞击模拟器的构造。

378图4：上腿部受伤机理图5：EEVC WG17上腿部撞击模拟器的构造由直径为50毫米钢管构成的上腿部撞击模拟器通过顶部和底部测压元件连接撞击模拟器主体。

安装在钢管后面的三个应变仪记录弯曲力矩。

环绕钢管的50毫米Confor™泡沫层由薄薄的橡胶表层适当地进行固定。

撞击模拟器以40公里/小时的速度水平射向保险杠装置（如图6所示）。

图6：上腿部与保险杠碰撞结构上腿部与发动机罩前缘碰撞车辆发动机罩前缘区域（包括发动机罩锁止装置、上横梁和前照灯）也使用相同的上腿部撞击模拟器，但也有一些重要差别。

撞击模拟器的能量和受撞角度取决于车辆几何形状，即发动机罩前缘高度，以及保险杠内衬（如图7所示）。

发动机罩前缘越高，则保险杠杠头越短，冲击能越高。

通过调节撞击模拟器的重量和速度，冲击能可介于200-700焦耳之间。

图7：影响上腿部撞击模拟器要求的车辆尺寸人头模型与发动机罩碰撞迄今为止，大部分致命伤害是导致头骨骨折或大脑损伤。

根据所遵循的试验协议，在发动机罩区域采用三种不同重量的撞击模拟器： • 2.5公斤儿童头部撞击模拟器用于欧洲法规第二阶段（2010年起实施）和EuroNCAP 的要求；• 3.5公斤儿童/矮小成人头部撞击模拟器用于欧洲法规第一阶段试验（2005年起实施）；•4.8公斤成人头部撞击模拟器在欧洲法规第一阶段试验中仅用作监测，在EuroNCAP 协议和欧洲法规第二阶段中则是试验的组成部分。

撞击模拟器之间头部构造相类似，由铝质头骨组成，其重心包含着三个加速计，并覆盖着乙烯塑料表层（如图8所示）。

图8：EEVC WG17/ACEA 人头模型撞击模拟器的构造人头模型以预定的角度射向发动机罩，碰撞时呈自由移动形态。

三个加速计运用乘客保护所采用的相同方程式计算头部性能指数或头部伤害度指数（HIC ）。

试验协议 – 法规和EuroNCAP379法规的第一阶段实施时间表(12)对于制造商至关重要，因为这将从2005年10月影响到新车型。

第一阶段的要求基于制造商销往欧盟市场的车辆每年递增20%；第二阶段从2010年开始，其要求每年递增25%。

为了按时遵守法规，对于2005年10月以后申请新车型式认证的产品，制造商必须在其造型和总布置大纲中添加行人保护要求。

第一阶段和第二阶段的要求有着重大差别。

图9概述了第一阶段的试验方法，图10则概述了第二阶段和EuroNCAP 的试验方法。

试验概述如下： •保险杠装置。

在第一阶段、第二阶段和EuroNCAP 中，下腿部或选择性上腿部以相同的速度和试验条件碰撞保险杠，但两个阶段有不同的伤害度限值。

•发动机罩前缘。

在第一阶段、第二阶段和EuroNCAP 中，下腿部速度和碰撞条件相同。

然而，第一阶段仅是监测伤害度指数。

第二阶段则强制实行限值，目前EuroNCAP 应用的一套比例图将在以下内容中进行更加详细的说明。

•发动机罩和前窗。

第一阶段要求3.5公斤儿童/矮小成人以35公里/小时的速度作用于发动机罩表面，并强制实行伤害度限值。

4.8公斤成人头部以35公里/小时的碰撞速度作用于前窗区域，但仅做监测。

在第二阶段和EuroNCAP 中，用于发动机罩前缘的2.5公斤儿童头部和用于发动机罩后缘的4.8公斤撞击模拟器取代了 3.5公斤撞击模拟器。

碰撞速度提高至40公里/小时，从而将撞击模拟器能量提高25%。

第二阶段的伤害度限值将更加严格，EuroNCAP 基于第二阶段的伤害度限值应用比例图。

图9：法规第一阶段要求的碰撞条件图10：法规第二阶段和EuroNCAP 要求的碰撞条件不同提案之间的主要差别是伤害度限值，达到第二阶段限值的难度远远超过了第一阶段。