汽车行人保护设计探讨
汽车行人保护前风挡玻璃的有限元建模与仿真
汽车行人保护前风挡玻璃的有限元建模与仿真汪家胜;李文颖;董传林【摘要】在汽车设计过程中,风挡玻璃的研究对行人保护性能设计有着重要作用.基于LS-DYNA分析软件,提出了一种新的行人保护前风挡玻璃的有限元建模方法.首先,采用MAT32号材料、一层壳单元和*INTEGRAITON SHELL关键字对夹层玻璃的材料属性、单元类型及积分点分别进行定义.其次,采用6 mm的网状三角形网格构建挡风玻璃有限元模型,模拟成人头撞击风挡玻璃的工况.最后,将玻璃裂纹形态和头碰伤害指标仿真结果与试验数据进行对比.结果表明,该模型模拟的精度较高,为后续的行人保护性能设计可提供帮助.【期刊名称】《车辆与动力技术》【年(卷),期】2018(000)004【总页数】6页(P42-47)【关键词】汽车;行人保护;PVB夹层风挡玻璃;数值模拟【作者】汪家胜;李文颖;董传林【作者单位】北京汽车股份有限公司,北京101300;北京汽车股份有限公司,北京101300;北京汽车股份有限公司,北京101300【正文语种】中文【中图分类】U463.83在汽车设计发展过程中，乘员保护一直是汽车被动安全的主要研究部分，经过几十年的努力，汽车的安全性能逐渐提高，乘员保护技术得到了较为明显的改善.相比之下，行人保护的技术发展较为缓慢.中国公路交通是典型的混合型交通，加之行人安全意识淡薄，导致行人事故死亡率居高不下[1]，因此，中国引入了行人保护性能评估作为重要组成部分的2018版C-NCAP.2018版C-NCAP相比基于GTR制定的行人保护法规对行人的头部保护性能提出更为严格的要求，评判标准也发生了变化，对行人保护CAE分析也提出了挑战.相比法规头碰区域更大，较大数量的头落在前风挡玻璃上，所以,前风挡玻璃的研究对汽车的行人保护设计有着重要的作用.目前，汽车的前风挡玻璃主要为PVB(聚乙烯醇缩丁醛)夹层玻璃，很多学者通过试验及数值模拟的方式对PVB夹层风挡玻璃进行了大量研究.Xu等[2]通过试验发现PVB夹层玻璃较普通玻璃有更强的吸能性，同时还发现了应力应变关系和率相关特征；Herndon等[3]通过两种材料的汽车侧风挡玻璃进行了冲击实验，得到了载荷-位移曲线.Wingren等[4]也通过实验方法得到了风挡玻璃在受头部冲击的凹陷程度与玻璃曲率和头部冲击角度的关系.在数值模拟方面，Bois等[5]采用共节点的一层壳单元与一层膜单元对PVB夹层玻璃进行了数值模拟，得到了与试验较为一致的裂纹形态；Timmel等[6] 采用两层壳单元及等效厚度密度等参数模拟PVB夹层风挡玻璃，分析了网格类型对玻璃裂纹的影响；刘奇等[7]使用两层壳单元和一层体单元模拟夹层玻璃的各层结构对PVB夹层玻璃进行了仿真模拟，能较为准确的模拟出破碎形态和头部损伤情况.刘博涵[8]通过三层壳共节点的方式，研究了汽车风挡玻璃夹层材料的力学特性；韩雪峰等[9]采取多种方式建模方式进行仿真分析，得出*MAT_24一层玻璃壳单元与一层PVB壳单元的方式是最为精确的建模方式，与试验结果较为接近.这些方法虽然都可以对风挡玻璃进行模拟，但是玻璃和PVB层都需要分别建模，且相互间要增加接触，实际风挡玻璃是一个整体，为了更贴近实际，提高计算效率和模拟仿真精度.本文基于LS-DYNA分析软件，采用一层壳单元模拟夹层玻璃，采用MAT32材料作为夹层玻璃的材料，考虑网格形状及尺寸等因素，针对某车型进行了成人头碰撞的数值模拟，在夹层玻璃的破碎形态和头部的伤害与试验进行对比分析.1 行人保护头部冲击试验为评价行人保护性能，中国汽车技术研究中心建立了车辆行人性能评价系统测试平台，该试验性能评价试验台包括行人头部发射试验台、行人头部模块、光电测速装置、冲击响应电测量设备、高速摄像设备等.实验对某车型，按照C_NCAP评价规程要求进行试验，在成人头碰撞区域选择目标点，通过头部发射试验头对成人头冲击器进行发射，以65度角发射，经过一定距离的自由飞行后与车辆风挡玻璃相撞，确保在头部碰撞风挡时速度为40±0.72 km/h，行人头部模块采用成人头型冲击器，成人头型冲击器为铝制、均质结构、球形.直径为165±1 mm，质量为4.5±0.1 kg.头部冲击试验点位置选取如图1所示.图1 头部冲击试验点位置头型内部安装加速度传感器，用以采集质心处X，Y，Z方向的加速度.并根据式(1)计算头部伤害值HIC.(1)式中：aR为合成加速度，其中t1和t2是检测加速度-时间脉冲的开始和结束时间. (t2- t1)≤ 15 ms.对加速度进行持续时间的积分，迭代搜索HIC数值最大的时间间隔(t1,t2)，获取HIC的最大值.通过高速摄像设备和冲击响应电测量设备可获得试验结果，如图2所示为行人保护头碰试验后的玻璃受到冲击破损状态，从图中可以发现裂纹呈现环形和辐射状且环形裂纹和径向裂纹清晰可见.由此可见，由于PVB层的存在使得玻璃在受到冲击时表现较强的吸能性.图2 碰撞后的风挡裂纹形态如图3所示为头部加速度时间历程曲线，图中曲线有两个峰值，第一个峰值出现的时间较短，且峰值较大，因为在头型冲击风挡玻璃的瞬间，风挡玻璃的上层玻璃层起到了承载作用，但玻璃的失效应变很小，玻璃层破损后，峰值下降，接着PVB层起承载作用，头部加速度继续上升达到第二个峰值，随后随着风挡破坏区域的扩大逐渐下降最后趋于平稳.图3 头部加速度时间历程曲线2 行人头部冲击分析有限元模型建立2.1 有限元模型建立行人头部冲击分析模型如图4所示.采用ARUP公司开发的、包括金属球体、背板、皮肤和传感器单元的成人头部模型，头部模型各部分均为六面体实体网格划分如图5所示.文中采用某车型完整的行人保护车体模型，主要包括前风挡玻璃、顶棚、仪表盘、A柱、风挡玻璃下横梁、通风饰板、流水槽总成、雨刮总成、空调出风管路、玻璃粘胶、风挡处密封棉等所有和风挡玻璃相关联或有作用的零件全部完整建模.图4 行人头部冲击分析模型前风挡玻璃为PVB夹层玻璃，如图6所示.文中采用一层厚度为4.7 mm的壳单元对整个前风挡玻璃进行建模，考虑到夹层玻璃的构成方式，对夹层玻璃进行分层定义，使用*INTEGRATION_SHELL关键字进行积分点定义，卡片设置如图7所示，其中NIP积分点个数一般定义为3，用来定义3层(玻璃2层，PVB聚合物1层)，S为定义积分点坐标,如图8所示，在-1与1之间(上层取负值).WF为每个积分点所占整体厚度比例(根据夹层玻璃具体的实际厚度进行定义).采用不同的网格形式和不同的网格尺寸进行对比分析.同时，考虑到风挡玻璃在受到冲击时变形较大，风挡玻璃采用全积分算法.成人头与夹层玻璃的壳单元等其他接触均采用* Contact_Automatic_Surface_To_Surface定义.图5 成人头模型图6 PVB夹层玻璃示意图图7 卡片设置示意图图8 S积分点坐标计算示意图2.2 前风挡玻璃材料模型前风挡玻璃采用LS-DYNA材料库中的MAT32号材料模型，依据单元塑性应变作为失效判断准则，单元应变达到一定值时从计算模型中删除[10]，虽然整个夹层玻璃由一层壳网格模拟，但依然对玻璃和PVB的材料进行分别定义，在材料卡片上进行相应的设置，进而与风挡玻璃的结构特性保持吻合.其中常规材料参数如表1所示进行设置，MAT32号卡片中ρ为夹层玻璃的整体密度，ET、EF要根据厂家提供风挡玻璃材料特性用户进行设置.表1 材料参数名称材料参数玻璃层ρ=2 500 kg /m3E=70 GPaPR=0.24SY=70 MPaPVB层ρ=1 100 kg /m3E=24 GPaPR=0.34SY=10 MPa其中，ρ为材料密度，E为杨氏模量，PR为泊松比，SY为材料屈服应力， ET为塑性硬化模量，EF为失效应变.2.3 头部冲击仿真边界条件根据2018版C -NCAP中的行人保护性能评价要求，搭建行人头部冲击模型，在风挡玻璃上选取一点为目标点，成人头以65度的冲击角、以40 km/h的速度对风挡玻璃冲击.同时考虑前风挡玻璃建模的网格形状和网格尺寸两个因素，对头部冲击试验进行仿真分析.3 仿真结果与头部冲击试验对比分析为了使得仿真结果更为精确，文中对网格结构和网格尺寸进行了头部冲击仿真分析，通过控制变量的方式，首先以6 mm为基准尺寸，分别采用几种不同的网格进行了分析.以玻璃碰撞后的裂纹形式为仿真结果与试验对比的重要考核指标.图9为不同类型下的风挡玻璃网格和头部冲击后的玻璃裂纹形态.图9 不同网格类型的玻璃裂纹形态4种网格类型下的风挡玻璃，分析结果都出现了环形裂纹和径向裂纹，环形裂纹数量和范围相似，但是风挡玻璃中直角网格存在越多，环形裂纹越直，相比试验后的裂纹形式差异越大.网状三角形的玻璃裂纹形态中出现了较为光顺径向裂纹和环状裂纹，与试验形态最为接近.选取网状三角形作为网格类型，针对企业碰撞工况下的CAE仿真建模及分析规范，考虑计算成本，结合试验对标经验，文中网格尺寸分别选择6 mm、10 mm、15 mm，对风挡玻璃进行模拟，探讨网格尺寸对分析结果的影响，如图10所示为不同网格尺寸下的风挡玻璃受头部冲击后的裂纹形态.从图10可以看出网格尺寸越大环形裂纹的层数越稀疏，裂纹的尺寸越大，玻璃的失效区域越小，与试验结果相比，尺寸较小的网格尺寸模拟结果与试验结果较为贴近.图10 不同网格尺寸的玻璃裂纹形态通过影响因素的分析，认为采用6 mm的网状三角形网格建模，仿真结果更为精确.从高速摄像设备获取的试验信息来看，玻璃的失效是逐渐扩散的.图11为头部冲撞击风挡玻璃典型时刻的试验和仿真裂纹形态对比，典型时刻分别为接触的3 ms、8 ms、12 ms、15 ms、20 ms和35 ms.从图11可以看出头部冲击试验与仿真结果的裂纹扩散形式一致，最开始产生的是径向裂纹，而后向外慢慢扩散，并形成环状裂纹.在20 ms时刻后裂纹逐渐区为稳定，从加速度时间曲线可知，20 ms时刻后加速度变化速率较小.图11 典型时刻的试验和仿真裂纹形态对比对比试验的加速度曲线和HIC值，如图12所示为试验和仿真加速度曲线对比图，从图中可以看出试验和仿真的加速度随时间变化的趋势较为一致，主要误差出现在头部冲击风挡玻璃初期，试验有一个较大的波峰，而仿真曲线第一个波峰较低.主要原因是仿真分析以单元塑性应变作为失效判断准则，单元应变达到一定值时从计算模型中删除，这样在玻璃受到较大冲击的瞬间，删除网格过程会影响玻璃应力的传递，所以导致模拟和试验的加速度曲线在第一个峰值处存在较大误差.由公式(1)可知，头部伤害值HIC取决于t2与t1两个时间段的加速度积分，从图12中的曲线可以看出试验的HIC值和仿真分析的HIC值误差较小，仅为0.2%，由此可见该种建模方式的精度是较高的.图12 试验和仿真加速度曲线对比图4 结论文中提出了一种新的行人保护前风挡玻璃的有限元建模方法，基于LS-DYNA分析软件，采用一层壳单元模拟夹层玻璃，采用MAT32材料作为夹层玻璃的材料，通过对玻璃进行分层定义，可以准确模拟挡风玻璃的特性，对玻璃和PVB的材料分别进行定义，与挡风玻璃结构特性吻合.与以往传统的仿真建模方法相比，本建模方法有以下优势：(1)对整个风挡玻璃只采用一层壳单元模拟，并利用关键字分层定义，更能真实的仿真风挡玻璃；(2)无需设置风挡玻璃中玻璃层和PVB层的接触关系，操作较为简单；(3)单层网格和无接触设置大大减少了计算量，较大程度上提高了计算效率.由仿真分析与试验结果的对比分析可知，头部加速度随时间变化趋势和玻璃裂纹形态和试验都比较一致.通过对网格类型和网格尺寸大小对仿真结果影响的分析，文中得出采用6 mm的网状三角形网格对风挡玻璃进行建模，获得的仿真精度较高，该建模方法可为后续的行人保护性能设计可提供帮助.参考文献：【相关文献】[1] 公安部交通管理局.中华人民共和国道路交通事故统计年报(2014年度)[M]. 北京：公安部交通管理局，2015.[2] Xu J, Li Y B, Liu B H, et al. Experimental study on mechanical behavior of PVB laminated glass under quasi-static and dynamic loadings[J]. Compos Part B-Eng, 2011, 42(2): 302-308.[3] Herndon G, Allen K, Roberts A, et al. Automotive side glazing failure due to simulated human interaction[J]. Eng Fail Anal, 2007,14(8):1701-1710.[4] Wingren M. Windscreen study using a free moving headform. An investigation of windcreen behaviourwhen subjected to headform impact[D]. Stockholm: University of Skovde, 2011.[5] Bois P,Du A0, Kolling S. Modeling of safety glass for crash simulation[J]. Computational Materials Science,2003, 28(3-4)： 675-683.[6] Timmel M, Kolling S, Osterrieder P. A finite element model for impact simulation with laminated glass[J]. International Journal of Impact Engineering,2007, 34(8)： 1456-1478. [7] 刘奇，刘军勇，苗强，等.行人头部冲击载荷下风挡玻璃的模拟和试验验证[J].汽车安全与节能学报，2011，2(2)：128-133．[8] 刘博涵.汽车风挡玻璃夹层材料的力学特性与吸能机理研究[D]. 北京:清华大学,2014.[9] 韩雪峰，陈超，张慧，等.基于行人保护的汽车风挡玻璃破裂特性模拟[J]. 汽车应用技术，2017(4)：123-126.[10] Peng Yong，Deck Caroline，Yang Ji-kuang，et al． Modeling and validation of windscreen laminated glass behavior during fracture[C]∥Proceedings of 2012 Third International Conference on Digital Manufacturing & Automation．[S． l．]: IEEE， 2012: 491-494.。
雨刮行人保护结构及其设计要点分析
AUTOMOBILE DESIGN | 汽车设计雨刮行人保护结构及其设计要点分析1 引言基于GTR09制定的行人保护法规《汽车对行人的碰撞保护》（GB/T 24550—2009）已于2010年7月1日正式实施，而C-NCAP《管理规则中》中对行人的头部（包括成人和儿童）和腿部（上、下腿型）保护性都提出更为严格的要求[1]。
雨刮行人保护旨在降低行人头部伤害，本文主要介绍雨刮的行人保护结构，并对其设计控制要点进行介绍。
2 行人保护介绍在C-NCAP管理规则中，行人保护的评价由头部和下腿部2部分组成[2]，头部保护见图1。
在《汽车对行人的碰撞保护》（GB/T 24550—2009）中，对行人的头部伤害进行了详细分解说明，但每一款车的造型有差异，相关的头型伤害指数各不相同，但都要求车身在碰撞后都能吸能溃变，降低行人收到的伤害。
雨刮电机连杆总成位于行人保护头部碰撞区域之内，因此在设计开发过程中就需要的变形还是会接触雨刮轴，同样会对行人头部造成伤害。
所以可以根据要求设定合理的雨刮压溃力，在碰撞过程中，雨刮受力达到极限值时整体压溃下沉，增加碰撞吸能空间，从而降低行人头部伤害[2]仍然是必要的。
3 雨刮行人保护结构介绍雨刮的行人保护结构通过被压溃实现，压溃结构主要分溃缩结构和溃断结构。
3.1 溃缩结构溃缩结构中（参见图2），雨刮在无外力条件下，挡圈装配到摆轴卡槽里面，确保摆轴不会下沉。
行人头部撞击后，雨刮挡圈受力后开口尺寸增大后从摆轴卡槽中退出，止动失效，摆轴吸能后溃缩下沉，减小行人收到的伤害。
3.2 溃断结构溃断结构中（参见图3），支座设计时设计应力集中点，行人头部撞击时，支座吸能后溃断，整体下沉，减小行人收到的伤害。
4 雨刮行人保护结构设计要点受整车造型及相关结构设计影响，各主韦富贵贵阳万江航空机电有限公司 贵州省贵阳市 550018摘 要： 雨刮位于汽车行人保护的头型保护区域，在设计过程中需要考虑压溃吸能结构，为满足汽车对行人的碰撞保护要求，本文介绍了汽车雨刮的压溃结构及其设计要点，并对其试验方法进行简要说明，为其他车型的优化或设计提供参考。
汽车行人保护法规要求及设计要求
装座方式降低该区域刚度；
2.在设计验证阶
3. 机盖在铰链安装位置处空间尽量大， 段，验证铰链刚
铰链与机盖内板连接可考虑采用凸焊 度、强度、疲劳
螺栓替代凸焊螺母方式。
耐久性。
1. 在空间允许的情况下，雨刮螺柱及 通风盖板应隐藏在机盖下方；
2. 如果空间不允许，需要考虑加装可 溃缩式雨刮螺柱。
1.在概念及造型 阶段，结合车型 空间及机舱布置 需求确定雨刮布 置方案；
2009年5月-7月，完成炫丽CROSS、酷熊、 哈弗5以及哈弗M1共四款车型行人保护认 证试验。
2011年9月，无摸底试验，一次性完 成腾翼C30轿车行人保护认证工作。
当前车型的行人保护性能优化分析，包 括CHB011 、CHB021、CHB031、
CH071、CHK041等车型。
从2008年至今，安全工程部共完成十一款车型行人保护优化工作，期间积累大量经验，需总 结分析及标准化，并融入开发流程。
由分项星级改变为统一星级，且从
2009年到2012年逐年加严，2012年
欧
2005年10月1日，欧盟正式开始
之后都按照2012版执行。
盟
实施行人保护2003/102/EC指
令第一阶段法规。
2009年1月，欧盟在
2013年2月，欧
2003年欧盟通过全
针对车型：
2003/102/EC指令的基础上
盟将实施行人保 2015年2月之后
球第一部行人保护
1）M1类，满载质量 < 2.5 T；
修订完成行人保护法规(EC)
护法规(EC) No 法规针对车型扩
法规2003/102/EC
2）由M1类衍生出的N1类车型，
No 78/2009，强制要求安
行人保护法规对汽车设计开发的作用.docx
行人保护法规对汽车设计开发的作用随着近年来国内汽车保有量不断增加，更多的人开始驾驶私家车，也有更多人对驾驶存在一定的问题，目前国内的交通事故出现了一定程度的增长，这与我国汽车保有量不断增加有着间接联系。
行人在路上行走过程中，可能遇到车辆碰撞的情况也是时常发生。
每年我国行人与机动车出现碰撞之后，行人的死亡人数2万人左右，致残的人数在1.5万人左右，造成死亡的主要原因就是行人的头部、颈部等与车辆发生碰撞，致残的原因主要就是腿部及以下部分与车辆发生的碰撞。
因此，在进一步考虑驾乘人员的人身安全的同时，也需要在车辆的设计过程中，考虑到行人的安全问题，实现车辆设计更多的考虑到与车辆可能出现碰撞的行人的人身安全[1]。
不同国家就行人保护上有着不同的技术参数要求如表1：1我国行人保护法规的基本要求在我国，行人保护法规还在不断的完善和健全的过程中，主要针对行人腿部与车辆保险杠之间的碰撞及人的头部与车辆前盖之间的碰撞进行分类。
针对腿部的碰撞又进一步细分为大腿和小腿的碰撞，人的头部碰撞分为成人和儿童的头部之分。
针对不同情况下的车速和角度进行了严格规定，另外针对碰撞载荷、弯曲力矩、剪切位移、加速度等进行了进一步落实和规定。
这种细致的行人保护法规可以更好地实现对公路上行人的有效保护，在出现事故之后，对相关的责任认定有着更多详细的约束和要求。
在处理车辆驾驶员的责任界定的时候有了更多的依据，见表2。
2车辆设计过程中需要注意的主要问题分析针对现代国内的行人保护法规的具体要求，我们在车辆的设计过程中需要更多注重对路上行人的保护，保证他们在与车辆发生碰撞之后出现更小的伤害和威胁。
2.1造型设计的改进汽车与行人出现碰撞的主要部分主要在车辆的前部，这一部分的造型需要进一步考虑行人与汽车发生碰撞之后，对行人的最大保护[2]。
换句话说，在与行人可能出现碰撞的汽车部位进行相关硬度的降低，这样就可以有效保障行人在碰撞之后的身体安全。
例如，在前盖与车身之间的接缝处需要设计的问题就比较复杂，一方面这一部分是车辆两个部分之间连接处，需要有较好的配合度，同时在相关的硬度上有着一定的要求，另一方面这一部分也是车辆与行人可能发生碰撞的主要部分，需要进一步降低其结构上的硬度，从而保证行人在与车辆发生碰撞之后，有着更多的保证和措施。
使用Oasys与LS-DYNA实现汽车行人保护仿真分析
使用Oasys与LS-DYNA实现汽车行人保护仿真分析CAE(Computer Aided Engineering）从60年代初在工程上开始应用到今天，已经历了50多年的发展历史，其理论和算法都经历了从蓬勃发展到日趋成熟的过程。
随着计算机技术的普及和不断提高，CAE系统的功能和计算精度都有很大提高，各种基于产品数字建模的CAE系统应运而生，LS-DYNA是显示动力分析系统的卓越代表，广泛应用于汽车行业，是汽车碰撞安全性能分析的必不可少的工具。
我从事汽车碰撞安全性能分析工作十余年，深知汽车碰撞CAE分析的艰难，从模型搭建的技巧、控制参数的设置、结果后处理的剖析都需要大量的实践经验，本课程我将多年的行人保护CAE分析经验分享给大家，希望大家的勤勉练习，相信每个人都能够熟练掌握行人保护CAE分析技能。
行人保护是汽车碰撞CAE分析中对分析精度要求比较高的一个专业领域，读过C-NCAP （2018版）法规的朋友都知道，法规要求主机厂提供行人保护预测得分，而且将行人保护的预测得分与实际试验得分相比较得出修正系数修正行人保护得分，一个行人保护分析需要打击近200个点位，全部依赖于试验的周期和费用是相当巨大的，因此各大主机厂通常都是进行CAE仿真分析得到所有打击点的伤害值，再通过2-3轮试验进行修正。
本课程采用LS-DYNA进行分析求解工具，使用Oasys系列软件作为前后处理工具。
Oasys 系列软件广泛应用于各大主机厂，其操作便捷、简单易学、纠错功能强大、100%支持LS-DYNA关键字，在汽车碰撞专业备受欢迎，掌握该软件能够大幅度提升汽车碰撞模型前后处理速度和模型准确度。
一、法规介绍汽车行人保护仿真分析系列课程从法规介绍开始，国内整车碰撞多以C-NCAP（2018版）法规为主，其中关于行人保护部分的试验和评价方法是我们进行汽车行人保护仿真分析的法规依据。
多数车型将整车安全目标定义为C-NCAP五星，按照法规要求，行人保护部分得分要大于等于65%，行人保护总分为15分（头型12分+腿型3分），即行人保护得分大。
汽车对行人的碰撞保护标准探讨
汽车对行人的碰撞保护标准探讨陈会【摘要】GB/T 24550-2009行人保护标准于2009年7月实施,标准采用国际上现行的试验设备和方法.根据我国实际情况,建议分阶段实施标准,以给汽车生产企业研究、开发和改进的时间;作为强制性检验项目,以真正提高我国汽车对行人的碰撞保护性能.【期刊名称】《客车技术与研究》【年(卷),期】2010(032)003【总页数】4页(P46-49)【关键词】汽车;碰撞行人保护;标准探讨【作者】陈会【作者单位】国家机动车质量监督检验中心,重庆 400039【正文语种】中文【中图分类】U463.83+1近年来，我国城市人口日益密集，汽车保有量越来越多，道路交通死亡人数已连续数年上升。
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21 106人，占全部交通死亡人数的25.85%；行人交通事故受伤人数为70 838人，占全部交通受伤人数的18.62%。
我国道路交通伤害死亡人数和死亡率居世界前列，提高道路交通行人安全成为首要问题。
我国汽车标准行业非常重视，积极制定对行人保护的标准。
1 国际上行人保护法规概况欧洲汽车发达国家在上世纪80年代开展了行人安全性研究。
欧盟行人保护法规2005年开始实施，日本2004年开始实施《步行者头部保护标准》，EuroNCAP 2002年加入到评价体系中。
目前，欧盟、EuroNCAP、ISO、日本JNCAP、GTR 的行人保护法规，基本上是参照采用欧洲车辆安全促进委员会EEVC/WG17工作小组1998年提出的行人保护试验建议案；我国也制订了行人保护标准，但还未实施。
表1为国际上行人保护法规的技术要求。
由表1可看出，EEVC/WC17、EuroNCAP、2003/102/EC（分阶段实施）的试验项目和评价指标最全；日本JNCAP只有头部撞击试验。
图1为行人保护试验采用的冲击器和撞击部位，试验方式有：1）腿部与车辆前部的撞击试验。
汽车行人保护区域的划分
引言汽车作为消费品已经进入千家万户，它给人们带来了方便，但同时也带来了很多的问题，交通事故就是车主面临的最大的麻烦。
随着安全带、气囊、ESP 、ABS 等汽车安全装备的普及，驾乘者的安全得到了更多保护。
国内外各大主机厂及研发机构也在积极致力于提升车辆的安全性能，不少的安全碰撞标准也应运而生，比如NCAP 、NHTSA 以及C -NCAP 等。
然而在日常的交通事故中，与汽车发生碰撞的行人处在了弱势地位，由于行人没有保护，所以极容易受伤。
目前国外许多国家已经将对行人的保护写入法规标准，而在我们国内似乎还没有引起大家的重视。
车辆研发机构对汽车安全性能的要求还大多仅局限于车辆自身的安全性能上，对行人保护关注比较少。
因此，对于行人保护研究、提升车辆的行人保护的性能在我国迫在眉睫。
2009年10月30日国家发布了GB -T 24550-2009《汽车对行人的碰撞保护》，标准于2010年7月1号实施。
据有关部门初步估计，该标准实施后，每年可挽救2000个生命，减少17000多个重伤人员。
该标准的实施对保护行人的人身安全，减少发生碰撞后的经济损失、维护社会和谐稳定有着重要的意义，并将汽车安全保护性能提高的新的高度。
1行人保护区域划分的意义根据欧洲车辆安全促进委员会（EEVC ）的调查研究，人车碰撞事故主要具备以下特点：通过对受伤人群的调查发现，在行人死亡的总数中，25岁以上的人占79%，在行人受伤总数中，20岁以下的人占40%。
而在我国的行人事故中，儿童的伤亡比例远高于国外。
通过对事故的分析，在大部分行人于机动车的事故中，行人身体多与汽车前部发生碰撞。
通过对人体受伤位置的分析研究发现，头部及腿部是最容易受伤的部位，头部受伤通常是与发动机盖、前风窗玻璃及A 柱碰撞汽车碰撞造成的；骨盆与大腿多是与发动机盖碰撞造成；大约75%的小腿受伤和45%以上的膝盖受伤是与保险杆碰撞造成的。
《汽车对行人的碰撞保护》通过腿型对保险杠、儿童头型冲击、成人头型冲击等实验来验证腿部、头部（如图1）伤害指标是否符合要求。
人性化理念在城市道路设计中的运用
人性化理念在城市道路设计中的运用摘要：随着城市化的加速和汽车数量的不断增加，城市道路设计越来越成为城市规划中一个重要的环节。
然而，过去往往是以车辆为中心进行设计，忽略了行人和自行车等非机动车辆的需求，造成了许多行人和非机动车的安全问题。
因此，逐渐出现了一种新的设计理念，即人性化理念，即以人的需求为出发点，将人的安全和便利放在第一位，将城市道路设计成一个更加人性化的环境空间。
关键词：人性化理念；城市道路；设计运用在人性化理念的设计中，首先要考虑的是机动车与非机动车和行人的分离设置。
因为车辆速度快，对行人和其它非机动车的威胁很大，因此，人性化道路的设计应该将人和车辆的交通分离开来。
可以采用车道和人行道的分离，或是在人行道上设置物理隔离方式来防止汽车侵入，从而减少事故的发生。
一、城市道路设计概述城市道路设计是城市规划中的一个重要环节，涵盖了城市道路的规划、设计和建设等方面。
在城市化进程中，机动车对城市道路的交通需求很大，给城市交通带来了便利，但同时也给行人和非机动车带来了很多安全隐患。
因此，城市道路设计需要更加注重以人为本的理念，保护行人和非机动车辆的安全，创造更加人性化的城市环境。
一般来说，城市道路设计需要从三个方面去考虑：交通组织、道路设计和建设质量、交通设施。
首先，交通组织是城市道路设计中的一个非常重要的因素。
城市道路的系统设计应该是符合交通需求、合理和经济的。
道路的截面形式和道路属性应该与需要进行交通组织的对象相适应。
对于城市中心的道路来说，应该优先考虑步行和非机动车行驶，因为城市中心的交通密度较高，机动车行驶的效率较低，而步行和骑行则更加适合。
此外，应该考虑到人的流动性和便捷性，城市内的道路应该能够使行人和自行车用户等非机动车人群更容易地进行出行。
其次，道路设计、建设质量是城市道路设计中另一个重要的方面。
道路设计、建设质量需要考虑到道路的设计、道路材料、道路施工制度等方面。
城市中心的道路应该选择合适的路面材料和天然材料，以保护行人和非机动车用户的安全。
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结语
行人保护已成为汽车设计和开发过程中不容回
［９３龚燕尧，朱大勇．行人保护法规及有利于行人保护的车 身结构［Ｊ］．北京汽车，２００５（６）．
避的问题，ＣＡＥ分析结合实验验证已成为汽车行人 保护设计的重要有效手段。 根据大量研究分析和实践经验积累，汽车行人
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图７头部碰撞区域示意图 图１０小腿碰撞关键零部件
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图８头部碰撞关键零部件
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图１１大腿碰撞区域示意图
图９小腿碰撞区域示意图 图１２大腿碰撞关键零部件
零部件分析结果，总结汽车行人保护设计要点。 ３．１发动机盖前端造型优化 考虑行人保护的汽车发动机前部造型趋势如图 １３所示。 ３．２足够的变形空间
囊、主动式发动机盖、前脸造型优化、零部件结构压 溃性能优化、保证压缩空间及外部突出物标准的严 格执行。 参考文献：
［１］刘庭志，陈吉清．汽车行人保护开发与研究进展［Ｊ］．汽 图２３主动发动机盖示意图 车实用技术，２０１２（１）． ［２］陈如意，王俊．行人保护腿部分析与试验对比及优化 口］．北京汽车，２０１１（１）． ［３］刘卫国，颜海棋，钱国强，等．满足行人保护的汽车前端 系统设计方法［Ｊ］．机械工程师，２０１１（２）． ［４］叶听，房怀庆，盘朝奉．弹出式发动机罩对行人保护的 仿真分析口］．拖拉机与农用运输车，２０１１（２）． ［５］乔维高，王宇航．汽车与行人碰撞中行人保护的研究现 状及发展趋势口］．北京汽车，２００８（４）． ［６］刘庭志．基于行人保护的弹起式发动机罩研究与开发 ［Ｄ］．广州：华南理工大学，２０１２． 圈２４行人探测系统示意图 ［７３邵毅明，于志刚．汽车碰撞安全性研究现状及趋势［Ｊ］． 公路与汽运，２００６（４）． ５ ［８３ 陈会．汽车对行人的碰撞保护标准探讨［Ｊ］．客车技术 与研究，２０１０（３）．
ｇｅｎｔ
刘川．电动汽车四轮独立驱动控制系统的研究［Ｄ］． 武汉：武汉理工大学，２００９． 沈海燕，蒋季伟．ＳＷＢ６１２９ＦＣ燃料电池电动客车总体 设计［Ｊ］．客车技术与研究，２０１１（２）．
Ｙａｎｇ，Ｒｕｑｉｎｇ Ｙａｎｇ．Ｔｈｅ ｉｎｔｅｌｌｉ－
口朝
ｖｅｈｉｃｌｅ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｙｂｅｒｎｅｔｉｃ ｔｒａｎｓｐｏｒｔａ—
关键零部件如下：前横梁（缓冲块和外板）；小腿支 撑；前组合灯；保险杠蒙皮；拖钩；散热器面罩（如图
图４大腿撞击试验
１０所示）。
图６行人保护ＣＡＥ分析流程
撞关键零部件如下：机罩盖；水箱上横梁；前组合灯；
机罩锁（如图１２所示）。
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。。，。篓兰奎璧竺攀鼍墨竺鬯：要２跫奎罂３行人保护设计要点 ………一……”
经过大量研究和分析，结合上述行人保护关键 万方数据
［７］
日本庆应大学清水浩研究室．高性能ＫＡＺ电动汽车 ［Ｒ］．日本庆应大学清水浩研究室，２００１．
［１３］杨明．无人驾驶车辆研究综述与展望［Ｊ］．哈尔滨工业 大学学报，２００６，３８（增刊）．
Ｉ＝Ｉ 幻
［８］卓桂荣．四轮驱动电动汽车关键技术研究［Ｄ］．上海： 同济大学，２００４． ［９］Ｆｅｎｇｈｕｉ Ｗａｎｇ，Ｍｉｎｇ
圈１人一车碰擅事故中撞击区域分析统计
身前部。在对人体的各种伤害形式中，行人头部、腿 部损伤占很大比例。
新的欧盟行人保护指令及新ＥｕｒｏＮＣＡＰ行人 碰撞试验均采用ＷＧｌ７工作组提出的试验方法，测 试的主要内容包括：１）小腿部与车辆保险杠撞击； ２）大腿部与车辆保险杠撞击（选择性试验，适用于
ＳＵＶ等高底盘车型）；３）大腿部与车辆发动机盖前 端的撞击试验（法规选择性试验，ＥｕｒｏＮＣＡＰ要
零部件数据设计收集、碰撞环境建模、伤害分析、根 据伤害情况形成优化方案修正零部件数据直到满足 伤害限值要求。 根据头部碰撞区域（如图７所示）得出头部碰撞
关键零部件如下：发动机罩总成；罩盖铰链；雨刮总 成；翼子板；通风盖板；前围上部总成；发动机舱布置 （如图８所示）。 根据小腿碰撞区域（如图９所示）得出小腿碰撞
随着汽车的普及，汽车数量不断增加，人一车碰 撞事故数量也显著增加。行人由于缺乏保护措施， 在人一车碰撞事故中极易受到伤害。在人一车和谐
的大趋势下，各国汽车安全法规都相继对行人保护 作出了具体要求，行人保护越来越为各大汽车生产
厂商所重视，已成为汽车设计中不可回避的问题。
１行人保护法规试验内容
如图１所示，人一车碰撞的区域主要集中在车
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汽车行人保护设计探讨
付学智，杨全凯，韦兴民，冯擎峰
（吉利汽车研究院，浙江杭州
３１１２２８）
摘要：介绍了汽车行人保护法规试验的主要内容；通过汽车行人保护ＣＡＥ仿真试验，分析了 汽车行人碰撞中人体各部位碰撞所涉及的汽车关键零部件，提出了行人保护设计要点，从而指导 整车总体布置及零部件设计；概述了汽车行人保护设计的新技术。 关键词：汽车；行人保护；碰撞；压溃；主动安全；被动安全 中圈分类号：Ｕ４６２．２ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７１－－２６６８（２０１３）０４－－０００６－－０５
图２试验撞击模型
图５头部撞击试验
２行人保护仿真分析
利用行人保护仿真技术，可以全方位地把握行 人在碰撞后的运动及伤害情况；通过修改模型参数 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，方便地模拟各种人一车事故类型，大大
节约开发周期和试验费用。 行人保护ＣＡＥ分析流程如图６所示，主要分为
图３小腿撞击试验
口力
林程，王文伟，孙逢春．纯电动公交客车结构与设计 ［Ｊ］．机械工程学报，２００５，４１（１２）． 董金松，许洪国，任有，等．基于道路试验的汽车滚动 阻力和空气阻力系数计算方法研究［Ｊ］．交通信息与
安全，２００９，２７（１）．
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３．３．２其他零部件结构 对发动机盖铰链、发动机盖锁、雨刮支架、前组 合大灯固定支架等零部件进行优化分析，在确保自 身运作强度的前提下，尽可能地减弱压溃强度、优化 碰撞性能（如图１９～２２所示）。
图２０吸能式发动机罩盖锁扣
４行人保护的发展前景和新技术
（１）主动发动机盖（如图２３所示）。 （２）行人探测系统（如图２４所示）。 （３）行人保护虚拟墙（如图２５所示）。 （４）行人保护安全气囊（如图２６所示）。
ｔｉｏｎ
ｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ
ｏｆ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｒｏ—
口明
徐本祥．ＮＰＳ６１２０ＢＥＶ纯电动客车动力系统及控制 策略设计［Ｊ］．客车技术与研究，２０１１（２）．
ｂｏｔｉｃ Ｓｙｓｔｅｍｓ，２００９，６（１）．
［１０］姚佼，杨晓光，朱彤，等．基于全息信息环境的车路协 调系统试验平台［Ｊ］．公路交通科技，２００９，２６（增刊）． ［１１］李国斐，林逸，何洪文．电动汽车再生制动控制策略研 究［Ｊ］．北京理工大学学报，２００９，２９（６）． ［１２］林双武．电动汽车制动控制策略的研究［Ｄ］．哈尔滨： 哈尔滨工业大学，２０１０． 口胡
求）；４）儿童头部与车辆发动机盖撞击试验；５）成 人头部与车辆发动机盖和风挡玻璃的撞击试验。试 验模型如图２～５所示。
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图１８发动机盖内板剖视对比
图１５某车型机舱零部件
图１９发动机盖铰链
图１６某车型机舱纵剖视图
３．３溃缩吸能结构设计 ３．３．１发动机盖内板 发动机盖内板设计建议如下：１）通过增加肋筋
数量或其他均匀结构使刚度均匀分布；２）镂空结构 应考虑前舱内硬点的分布位置，保证最大可变形空 间；３）引擎内罩板加强筋应易于变形，易于冲击能 量的传导、扩散（如图１７、图１８所示）。
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图２１可压溃雨刮支架 图２ｓ行人保护虚拟墙示意图
图２２前组合大灯固定支架
图２６行人保护安全气囊示意图
保护措施主要包括两个方面：一是主动安全，如行人
探测及提醒系统。二是被动安全，如外置式安全气
根据图１４所示变形空间的经验推荐值，按照图
１５、图１６思路进行变形空间分析，可方便地对发动 机舱零部件完成行人保护分析。
图１３发动机盖前端造型趋势
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图１７发动机盖内板
图１４汽车变形空间推荐值（单位：ｒａｍ）