均分區(qū)域法標記試驗區(qū)域的行人保護試驗研究

王臣,郝賡,裴元津

(中國汽車技術(shù)研究中心有限公司,天津 300300)

0 引言

在我國現(xiàn)代化進程中，道路交通基礎設施建設以及相關(guān)法律法規(guī)的制定和實施未能及時同步匹配汽車保有量增長速度，加之中國龐大的人口基數(shù)，使得人車混行道路大量存在，行人交通事故發(fā)生頻率同比發(fā)達國家居高不下[1]。據(jù)統(tǒng)計，在2004—2007年間，中國交通事故中的行人死亡人數(shù)占總死亡人數(shù)的比例均在 25%左右[2]；2008年，共有8.2萬人死于26.5萬起汽車道路交通事故中，行人事故占其中2.3萬例，并有超過50%的行人安全事故發(fā)生于人車混行道路工況[3]

各汽車主機廠和研發(fā)機構(gòu)大力研究對行人保護有利的技術(shù)和車輛結(jié)構(gòu)改進措施，如:優(yōu)化發(fā)動機罩內(nèi)板結(jié)構(gòu)、改進機罩材料物理性能和使用可壓潰吸能鉸鏈以及可壓潰式大燈支架等措施有效地改善了頭部碰撞傷害值較大區(qū)域的測試表現(xiàn);部分堅硬結(jié)構(gòu)區(qū)域仍需重點關(guān)注，優(yōu)化結(jié)構(gòu)、更換材料等方式能夠有效降低雨刮器軸和 A 柱部位的剛度;可壓潰吸能雨刮軸的出現(xiàn)也能夠有效降級該部分的頭型碰撞試驗傷害值;采取不同的車輛零部件布置方式亦是一種可行的改進方法，合理地布置發(fā)動機罩下面的部件結(jié)構(gòu)，使發(fā)動機罩下面有足夠的吸能空間,將原來處于頭型試驗區(qū)域內(nèi)的雨刮器軸移到頭型試驗區(qū)域外。對于行人腿部來說，保護措施就是設計吸能保險杠結(jié)構(gòu)(包括：保險杠內(nèi)部吸能空間、保險杠吸能泡沫)，設計合理的保險杠內(nèi)部的支撐結(jié)構(gòu)；設計合理的保險杠外觀造型、保險杠高度和保險杠角，通過這些方法來提高車輛對行人腿部的保護性能。各種新技術(shù)逐步被用在行人保護領域，主動式彈起機罩系統(tǒng)和行人安全氣囊的出現(xiàn)，為提高車輛行人保護性能提供了新思路。

1 頭型試驗方法

頭型試驗的測試方法均采用均分區(qū)域法。當車輛生產(chǎn)企業(yè)沒有提供網(wǎng)格點的預測結(jié)果時，采用均分區(qū)域法來劃分頭型碰撞試驗區(qū)域。

由圖1可以看到，頭型試驗區(qū)域被分為12個均分區(qū)域，每個均分區(qū)域被分為4個區(qū)。試驗前，每個均分區(qū)域內(nèi)，任意選擇一個試驗點，最多不超過12個試驗點，頭型試驗點距發(fā)動機罩側(cè)面基準線的距離應不小于82.5 mm，任何兩個試驗點間的距離應不小于165 mm；試驗點應該選擇傷害值較大的位置[4]。

圖1 頭型試驗區(qū)域12等分圖

下面對某幾款車型的頭型試驗結(jié)果進行分析，內(nèi)容包括車輛的基本信息、沖擊位置、沖擊速度、沖擊過程的最大加速度、傷害值、沖擊點Z向吸能空間。

1.1 車輛A頭型試驗結(jié)果分析

表1為車輛A基本信息，圖2為均分區(qū)域法得分分布，表2為車輛A頭部試驗結(jié)果。

表1 車輛A基本信息

圖2 均分區(qū)域法得分分布

表2 車輛A頭部試驗結(jié)果

通過試驗結(jié)果及圖3可以看出A1和C1區(qū)失分較為嚴重，發(fā)罩中部得分情況好于發(fā)罩兩側(cè)；兒童頭型試驗區(qū)HIC值普遍低于成人頭型試驗區(qū)。下面就失分較嚴重的區(qū)域，進行結(jié)果分析。

圖3 各區(qū)域HIC分布

A1區(qū)所選的沖擊點為A1C點，部分試驗結(jié)果列于表3,該位置位于車輛發(fā)動機罩鉸鏈附近，吸能空間較小，頭型的侵入量為65.7 mm。

表3 試驗結(jié)果(A1C)

圖4和圖5分別為A1C點的加速度-位移曲線和加速度-時間曲線。由圖可以看出：在頭型碰撞有效積分區(qū)間內(nèi)(2.1～10.4 ms)，加速度出現(xiàn)了兩次波峰，證明在頭型沖擊器碰到發(fā)動機罩后，又碰撞到堅硬的部件，因此造成了加速度曲線出現(xiàn)2次波峰,所以在車輛選擇鉸鏈的時候，可以選擇可壓潰式鉸鏈，避免造成2次碰撞到鉸鏈，使合成加速度變大，最終使得HIC值變大。

圖4 加速度-位移曲線(A1C點)

圖5 加速度-時間曲線(A1C點)

A2區(qū)所選的沖擊點為A2A點，該位置位于車輛前風擋玻璃陶瓷帶處，且處于儀表板上，沖擊速度為39.63 km/h，頭型的侵入量為68.1 mm。A2A試驗結(jié)果見表4。

表4 試驗結(jié)果(A2A)

圖6和圖7分別為A2A的加速度-位移曲線和加速度-時間曲線。由圖可以看出：在頭型碰撞有效積分區(qū)間內(nèi)(1.8～11.9 ms)，頭型碰撞的位置為前風擋玻璃陶瓷帶處，因為該位置為風擋玻璃、車輛儀表板、車輛鈑金件結(jié)合的位置，因此在碰撞過程中吸能空間不足，且所碰撞部件都較堅硬，在頭型沖擊器碰撞到玻璃后，還會繼續(xù)碰撞到儀表板、車輛鈑金，造成合成加速度較大。若能將玻璃陶瓷帶下方的車輛鈑金件盡可能弱化(例如制造成懸臂梁式等等)，則會減小合成加速度，使得HIC值減小。

圖6 加速度-位移曲線(A2A點)

圖7 加速度-時間曲線(A2A點)

A5區(qū)所選沖擊點為A5A點，該位置位于車輛儀表板處，沖擊速度為39.97 km/h，頭型的侵入量為71.4 mm。A5A試驗結(jié)果見表5。

表5 試驗結(jié)果(A5A)

圖8和圖9分別為A5A點的加速度-位移曲線和加速度-時間曲線。由圖可以看出：在頭型碰撞有效積分區(qū)間內(nèi)(1.9～13.7 ms)，頭型碰撞的位置為儀表板上方風擋玻璃處，該位置吸能空間不足，且玻璃下方為儀表板，因此在碰撞過程中合成加速度較高，造成HIC值較大。該位置可以通過改變車輛造型，使得車輛的包絡距離改變，碰撞點前移，頭型的第一接觸點為發(fā)動機罩后邊緣，這樣就會使得頭型碰撞后有所緩沖，加速度會一定程度減小，從而使得HIC值變小。

圖8 加速度-位移曲線(A5A點)

圖9 加速度-時間曲線(A5A點)

C1區(qū)所選沖擊點為C1D點，該位置位于車輛前大燈處，沖擊速度為40.10 km/h，頭型的侵入量為65.3 mm。C1D試驗結(jié)果見表6。

表6 試驗結(jié)果(C1D)

圖10和圖11分別為C1D點的加速度-位移曲線和加速度-時間曲線。由圖可以看出：在頭型碰撞有效積分區(qū)間內(nèi)(2.1～9.5 ms)，加速度出現(xiàn)了兩次波峰，說明在頭型沖擊器碰到發(fā)動機罩后，又碰撞到了車的前燈，因此造成了加速度曲線出現(xiàn)2次波峰，因此在設計大燈時要弱化大燈的安裝支架,以此來減小頭型碰撞的加速度；也可以通過設計好發(fā)動機罩的造型，來增大大燈碰撞區(qū)域的吸能空間，這樣就能有效的減小HIC值。

圖10 加速度-位移曲線(C1D點)

圖11 加速度-時間曲線(C1D點)

2.2 車輛B頭型試驗結(jié)果分析

車輛B基本信息見表7。均分區(qū)域法得分布如圖12所示。車輛B頭部試驗結(jié)果見表8。

表7 車輛B基本信息

圖12 均分區(qū)域法得分分布

表8 車輛B頭部試驗結(jié)果

由圖13可以看出，主動彈起式發(fā)罩在發(fā)動機罩鉸鏈附近舉升，這樣可以增大成人頭型試驗區(qū)下方緩沖空間，有效減少成人頭部傷害值，造成成人頭型試驗結(jié)果優(yōu)于兒童頭型。該車具有主動式起機罩，因此設立了兩個對照組(表9和表10)，來比較發(fā)動機罩彈起與閉合的HIC傷害值差異。

圖13 各區(qū)域HIC分布

表9 對照組1試驗結(jié)果

表10 對照組2試驗結(jié)果

由對照組1的碰撞結(jié)果(HIC值)的比較可以看出，在主動發(fā)罩打開的情況下，HIC值減小了51%。由對照組2的碰撞結(jié)果(HIC值)的比較可以看出，在主動發(fā)罩打開的情況下，HIC值減小了66%。

由兩組比對組的試驗結(jié)果可以看出，主動式彈起機罩的打開對HIC結(jié)果的影響非常大， 在主動發(fā)罩彈起的情況下，HIC值都減小了1/2以上，說明主動機罩地彈起，增大了吸能空間，使得頭型在碰撞的過程中能量被吸收，使得HIC值有效減小。

A5區(qū)所選沖擊點為A5B點，該位置位于車輛儀表板上方風擋玻璃處，沖擊速度為39.63 km/h，頭型的侵入量為190.5 mm(表11)。由圖14和圖15可以看出：在頭型碰撞有效積分區(qū)間內(nèi)(12.2～25.2 ms)，頭型碰撞的位置為儀表板上方風擋玻璃，該位置吸能空間不足，且玻璃下方為儀表板，在碰撞過程中合成加速度增大，造成HIC值變大。該位置可以通過改變車輛造型，使得車輛的包絡距離改變，使得碰撞點前移，讓頭型的第一接觸點為發(fā)動機罩后邊緣，這樣就會使得頭型碰撞后有所緩沖，加速的不會很大，這樣就會使得HIC值變小。再有前文提及的，使用主動式彈起機罩，來增加吸能空間，減小加速度，以此來減小HIC值。

表11 試驗結(jié)果(A5B)

圖14 加速度-位移曲線(A5B點)

圖15 加速度-時間曲線(A5B點)

C4區(qū)所選沖擊點為C4C點，該位置位于車輛發(fā)動機罩鎖處，沖擊速度為40.16 km/h(表12)。由圖16和圖17可以看出：在頭型碰撞有效積分區(qū)間內(nèi)(1.9～9.6 ms)，頭型碰撞的位置為車輛發(fā)動機罩鎖，該位置吸能空間不足，通過圖17可以看到，在碰撞過程中出現(xiàn)2次波峰，第1個波峰為頭型碰撞到發(fā)動機罩產(chǎn)生的，第2個波峰為頭型碰撞到罩蓋鎖后產(chǎn)生的，因此造成HIC值變大。該位置可以通過改變發(fā)動機罩內(nèi)板結(jié)構(gòu)，例如罩蓋鎖與發(fā)動機罩內(nèi)板之間設計隔層，使得鎖鉤與發(fā)動機罩內(nèi)板有足夠空間距離，這樣在碰撞過程中使得頭型在碰撞過程中有足夠的吸能空間，減小加速度，使得HIC值減小。

表12 試驗結(jié)果(C4C)

圖16 加速度-位移曲線(C4C點)

圖17 加速度-時間曲線(C4C點)

2.3 A,B兩款車試驗結(jié)果比對

通過以上對兩款車的試驗結(jié)果分析，相同碰撞位置，對于不同材料的發(fā)動機罩，以及是否裝有主動式彈起發(fā)動機罩，對頭型碰撞的結(jié)果有著很大的影響。兩款車對比試驗結(jié)果見表13。

表13 試驗結(jié)果

由表13可以看出，A、B兩款車，在頭型沖擊區(qū)域相同的位置情況下，A車的傷害值要比B車低了33.6%。

對照組B車試驗結(jié)果見表14。

表14 對照組B試驗結(jié)果

由表13可以看出，同一款車，發(fā)動機罩對稱的位置碰撞結(jié)果(HIC值)的比較可以看出，在主動發(fā)罩打開的情況下，HIC值減小了66%。

3 結(jié)論

文中以日韓系車A與日韓系車B車型進行均分區(qū)域法行人保護頭型碰撞試驗，并對幾個典型頭型試驗點位進行細致分析。B級轎車A車型頭型試驗得分7.75，主要失分原因為：A區(qū)試驗點位于車輛A柱附近，A柱較硬且無吸能空間，因此得分較差；C區(qū)試驗點位于車輛前大燈安裝支架附近，安裝支架距離發(fā)動機罩較近，沒有足夠的吸能空間，因此該位置得分較差。B級轎車B車型頭型試驗得分8.75，主要失分原因為:罩蓋鎖以及前大燈附近，距離機艙內(nèi)部距離較近，吸能空間較小，因此會失分，該車配備了主動彈起式發(fā)動機罩，由于該車的主動機罩地彈起，使得靠近發(fā)動機罩后延區(qū)域距離發(fā)動機艙內(nèi)部部件距離變大，有足夠的吸能空間，對比未進行主動彈起式發(fā)動機罩試驗的點位，傷害值約減小66%。由此可見吸能空間的大小直接影響到頭型碰撞結(jié)果的大小，因此主機廠在車輛前期設計時，應該把吸能空間留得足夠大，使得頭型碰撞的傷害值盡量減小，減小對行人的傷害。