淺談汽車行人保護鉸鏈設計

伏騰飛　鮑翔　鄧瑜

【摘? 要】汽車與行人碰撞過程中的行人保護問題一直是汽車安全技術發展的一個重要課題。根據國內外行人保護法規要求及行人保護技術的研究現狀，以汽車被動安全性為研究對象，介紹了保險杠行人保護技術、發動機罩行人保護技術、行人保護氣囊及其他行人保護技術。隨著技術的不斷進步，我國將越來越重視行人安全保護技術。本文探討的是發動機罩行人保護技術。

【關鍵詞】行人保護;發動機罩行人保護技術;行人保護鉸鏈

行人保護技術研究現狀：

目前行人保護技術在國內屬于剛起步階段，其應用車型較少，汽車普遍率不高，在國內車輛和行人碰撞事故中，行人小腿處傷害較高，致殘率居高不下，其頭部撞擊引擎蓋和擋風玻璃上致死率很高，面對當前的嚴峻形勢，行人保護技術在國內應用普及勢在必行。

目前行人保護技術主要分為，行人保護氣囊和行人保護鉸鏈，其中鉸鏈是固定在引擎蓋兩端，和舉升器、線束、控制系統、傳感器組成舉升系統，用以保護行人安全，本文主說明的是行人保護中的鉸鏈。

發動機罩抬升技術：

當車輛失控或行人躥出發生行人車輛撞擊導致傷亡，其中撞擊過程中先是車輛前端撞擊行人小腿處，導致行人身體傾斜其頭部撞擊在引擎蓋上，由于引擎蓋下方和發動機之間間隙較小，頭部撞擊時引擎蓋發生變形和發動機硬接觸，導致頭部傷害增加，其致死率最高。

為了更好的保護行人，引擎蓋兩端的鉸鏈采用主動式鉸鏈，在和行人發生碰撞的瞬間，通過汽車前端傳感器把信號傳遞給ECU控制器，ECU來控制器發出信號，使舉升器舉升一定高度，使主動式多連桿鉸鏈發生機構運動，通過主動式鉸鏈系統最終引擎蓋抬升一定高度，這樣行人頭部在碰撞引擎蓋上后，有足夠的變形量，使頭部撞擊能夠有效的緩沖，從而減少頭部傷害，達到保護行人的效果，其中引擎蓋在鉸鏈的作用下抬升高度對假人損傷值參考下表。

從此表可以得出，要使HIC值<1000（注：以上參數基于某主機廠轎車仿真分析得出，僅供參考）。

1、兒童區域潰縮空間至少為75mm;

2、成人區域潰縮空間至少為85mm;

鉸鏈技術簡介：

行人保護發動機罩頂起依據驅動方式可分為：氣囊驅動、彈簧驅動、氣體發生器驅動、火藥驅動、馬達驅動、高壓氣體驅動、其他，其中氣囊式優點是穩定緩震，缺點是成本太高，國內技術不太成熟;彈簧式優點是價格便宜，結構簡單，缺點是體積較大速度慢;火藥式優點彈起速度最快，缺點是價格高，對機構強度要求高;馬達式優點是頂起時穩定，缺點是布置困難，邊界條件要求高;高壓氣體式優點是可以重復利用，缺點是速度不夠。

依據彈升裝置機構方式區分：二連桿、四連桿、四連桿曲柄滑塊式、多連桿、其他方式，其中兩連桿式優點是結構簡單成本低，缺點是支撐性不足;四連桿和四連桿曲柄滑塊式優點是結構簡單，易于加工，客戶接受程度高;多連桿式優點是力平衡較佳，缺點是結構復雜成本高。通過市場調研，目前市場上主要驅動方式為氣體發生器驅動，彈升裝置為鉸鏈形式本研究主要談以上兩點。

鉸鏈形式有5連桿、4連桿以及多連桿形式（參考圖一），其中4連桿居多。其做動行程范圍在50-100mm不等，鉸鏈上采用橡膠套進行機構間的緩沖，進行噪音消除。機構自鎖結構通過掛鉤卷簧自鎖（圖一前兩張圖），還有鉚釘鉚接自鎖三連桿結構（圖一第三張圖）。發動機罩彈起后支撐功能可分為多連桿機構支撐（圖一第一張），背部棘輪彈簧支撐（圖一第三張）不具備支撐功能（圖一第二張），其單個重量在1kg左右。

鉸鏈結構力計算：鉸鏈旋轉軸承受力（發動機罩頂起時鉸鏈旋轉軸承受力）

1）鉸鏈處沒有頭型沖擊時

發動機罩質量m一般在15kg左右，假設發罩的中心在發罩總長度的1/3～2/3之間，按照上述公式計算F2=mgxS1/（S1+S2）=50N ～100N。

（2）鉸鏈處有頭型沖擊時

沖量定理 F沖t=m頭v??? m=4.5kg??? v=40km/h=11.11m/s

t=0.01s???????? 帶入公式F=5000N? F=F+F/2

所以F約為5025N ～5050N

舉升力計算：F推

假設???? 發罩質量?????? m=15kg

發罩的長度???? l=0.98m

發罩抬升高度?? h=0.08m

抬升時間?????? t=0.03s

發動機罩在彈起時，其運動軌跡是繞定軸轉動，所以其轉動慣量為：

Jz=1/3*m*l=0.33*15*0.98=4.75kgm2

Jz*ω=（Fl-Gl/2）*t

動能定理：

Fh-Gh/2=0.5* Jz* ω

綜上，F=2Jh/tl+G/2=955N（hook脫開的舉升力）

要保證掛鉤脫開后到30ms這段時間發生器動作的力值曲線的值大于955N。

鉸鏈布置時考量因素：

1、發動機罩在舉升過程中，要通過運動模擬校核發動機罩前端和汽車前格柵是否干涉。

2、發動機罩在舉升過程中，要通過運動模擬校核發動機罩前端鎖扣在X方向上是否有空間干涉，一般左右預留10mm間隙。

3、通過運動模擬在滿足系統要求高度的前提下，鉸鏈結構要求具有限位結構。

4、如發動機罩存在液壓支撐桿還要校核液壓撐的位置，模擬其運動軌跡，防止其阻礙發動機罩抬升運動。

結論：

行人保護鉸鏈抬升技術的應用可以有效的減少行人的傷害程度。分析了鉸鏈機構的幾種形式及幾種形式的優缺點，以及發動機罩在頭部沖擊時鉸鏈承受力的基本算法，對現在市場上一般配備舉升鉸鏈的車型分析，總結了鉸鏈舉升力值的算法，為鉸鏈設計提供了參考性建議。