均分區(qū)域法標(biāo)記試驗(yàn)區(qū)域的行人保護(hù)試驗(yàn)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(jìn)程中，道路交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)以及相關(guān)法律法規(guī)的制定和實(shí)施未能及時(shí)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(dá)國家居高不下[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，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(jī)廠和研發(fā)機(jī)構(gòu)大力研究對(duì)行人保護(hù)有利的技術(shù)和車輛結(jié)構(gòu)改進(jìn)措施，如:優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)罩內(nèi)板結(jié)構(gòu)、改進(jìn)機(jī)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(jiān)硬結(jié)構(gòu)區(qū)域仍需重點(diǎn)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(jí)該部分的頭型碰撞試驗(yàn)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(jìn)方法，合理地布置發(fā)動(dòng)機(jī)罩下面的部件結(jié)構(gòu)，使發(fā)動(dòng)機(jī)罩下面有足夠的吸能空間,將原來處于頭型試驗(yàn)區(qū)域內(nèi)的雨刮器軸移到頭型試驗(yàn)區(qū)域外。對(duì)于行人腿部來說，保護(hù)措施就是設(shè)計(jì)吸能保險(xiǎn)杠結(jié)構(gòu)(包括：保險(xiǎn)杠內(nèi)部吸能空間、保險(xiǎn)杠吸能泡沫)，設(shè)計(jì)合理的保險(xiǎn)杠內(nèi)部的支撐結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)合理的保險(xiǎn)杠外觀造型、保險(xiǎn)杠高度和保險(xiǎn)杠角，通過這些方法來提高車輛對(duì)行人腿部的保護(hù)性能。各種新技術(shù)逐步被用在行人保護(hù)領(lǐng)域，主動(dòng)式彈起機(jī)罩系統(tǒng)和行人安全氣囊的出現(xiàn)，為提高車輛行人保護(hù)性能提供了新思路。

1 頭型試驗(yàn)方法

頭型試驗(yàn)的測試方法均采用均分區(qū)域法。當(dāng)車輛生產(chǎn)企業(yè)沒有提供網(wǎng)格點(diǎn)的預(yù)測結(jié)果時(shí)，采用均分區(qū)域法來劃分頭型碰撞試驗(yàn)區(qū)域。

由圖1可以看到，頭型試驗(yàn)區(qū)域被分為12個(gè)均分區(qū)域，每個(gè)均分區(qū)域被分為4個(gè)區(qū)。試驗(yàn)前，每個(gè)均分區(qū)域內(nèi)，任意選擇一個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，最多不超過12個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，頭型試驗(yàn)點(diǎn)距發(fā)動(dòng)機(jī)罩側(cè)面基準(zhǔn)線的距離應(yīng)不小于82.5 mm，任何兩個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)間的距離應(yīng)不小于165 mm；試驗(yàn)點(diǎn)應(yīng)該選擇傷害值較大的位置[4]。

圖1 頭型試驗(yàn)區(qū)域12等分圖

下面對(duì)某幾款車型的頭型試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)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(diǎn)Z向吸能空間。

1.1 車輛A頭型試驗(yàn)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(yàn)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(yàn)結(jié)果

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

圖3 各區(qū)域HIC分布

A1區(qū)所選的沖擊點(diǎn)為A1C點(diǎn)，部分試驗(yàn)結(jié)果列于表3,該位置位于車輛發(fā)動(dòng)機(jī)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(yàn)結(jié)果(A1C)

圖4和圖5分別為A1C點(diǎn)的加速度-位移曲線和加速度-時(shí)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(dòng)機(jī)罩后，又碰撞到堅(jiān)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(shí)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(diǎn))

圖5 加速度-時(shí)間曲線(A1C點(diǎn))

A2區(qū)所選的沖擊點(diǎn)為A2A點(diǎn)，該位置位于車輛前風(fēng)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(yàn)結(jié)果見表4。

表4 試驗(yàn)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(shí)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(fēng)擋玻璃陶瓷帶處，因?yàn)樵撐恢脼轱L(fēng)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(jiān)硬，在頭型沖擊器碰撞到玻璃后，還會(huì)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(huì)減小合成加速度，使得HIC值減小。

圖6 加速度-位移曲線(A2A點(diǎn))

圖7 加速度-時(shí)間曲線(A2A點(diǎn))

A5區(qū)所選沖擊點(diǎn)為A5A點(diǎn)，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(yàn)結(jié)果見表5。

表5 試驗(yàn)結(jié)果(A5A)

圖8和圖9分別為A5A點(diǎn)的加速度-位移曲線和加速度-時(shí)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(fēng)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(luò)距離改變，碰撞點(diǎn)前移，頭型的第一接觸點(diǎn)為發(fā)動(dòng)機(jī)罩后邊緣，這樣就會(huì)使得頭型碰撞后有所緩沖，加速度會(huì)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(diǎn))

圖9 加速度-時(shí)間曲線(A5A點(diǎn))

C1區(qū)所選沖擊點(diǎn)為C1D點(diǎn)，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(yàn)結(jié)果見表6。

表6 試驗(yàn)結(jié)果(C1D)

圖10和圖11分別為C1D點(diǎn)的加速度-位移曲線和加速度-時(shí)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(dòng)機(jī)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(shè)計(jì)大燈時(shí)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(shè)計(jì)好發(fā)動(dòng)機(jī)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(diǎn))

圖11 加速度-時(shí)間曲線(C1D點(diǎn))

2.2 車輛B頭型試驗(yàn)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(yàn)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(yàn)結(jié)果

由圖13可以看出，主動(dòng)彈起式發(fā)罩在發(fā)動(dòng)機(jī)罩鉸鏈附近舉升，這樣可以增大成人頭型試驗(yàn)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(yàn)結(jié)果優(yōu)于兒童頭型。該車具有主動(dòng)式起機(jī)罩，因此設(shè)立了兩個(gè)對(duì)照組(表9和表10)，來比較發(fā)動(dòng)機(jī)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(duì)照組1試驗(yàn)結(jié)果

表10 對(duì)照組2試驗(yàn)結(jié)果

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

由兩組比對(duì)組的試驗(yàn)結(jié)果可以看出，主動(dòng)式彈起機(jī)罩的打開對(duì)HIC結(jié)果的影響非常大， 在主動(dòng)發(fā)罩彈起的情況下，HIC值都減小了1/2以上，說明主動(dòng)機(jī)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(diǎn)為A5B點(diǎn)，該位置位于車輛儀表板上方風(fēng)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(fēng)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(luò)距離改變，使得碰撞點(diǎn)前移，讓頭型的第一接觸點(diǎn)為發(fā)動(dòng)機(jī)罩后邊緣，這樣就會(huì)使得頭型碰撞后有所緩沖，加速的不會(huì)很大，這樣就會(huì)使得HIC值變小。再有前文提及的，使用主動(dòng)式彈起機(jī)罩，來增加吸能空間，減小加速度，以此來減小HIC值。

表11 試驗(yàn)結(jié)果(A5B)

圖14 加速度-位移曲線(A5B點(diǎn))

圖15 加速度-時(shí)間曲線(A5B點(diǎn))

C4區(qū)所選沖擊點(diǎn)為C4C點(diǎn)，該位置位于車輛發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)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(gè)波峰為頭型碰撞到發(fā)動(dòng)機(jī)罩產(chǎn)生的，第2個(gè)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(dòng)機(jī)罩內(nèi)板結(jié)構(gòu)，例如罩蓋鎖與發(fā)動(dòng)機(jī)罩內(nèi)板之間設(shè)計(jì)隔層，使得鎖鉤與發(fā)動(dòng)機(jī)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(yàn)結(jié)果(C4C)

圖16 加速度-位移曲線(C4C點(diǎn))

圖17 加速度-時(shí)間曲線(C4C點(diǎn))

2.3 A,B兩款車試驗(yàn)結(jié)果比對(duì)

通過以上對(duì)兩款車的試驗(yàn)結(jié)果分析，相同碰撞位置，對(duì)于不同材料的發(fā)動(dòng)機(jī)罩，以及是否裝有主動(dòng)式彈起發(fā)動(dòng)機(jī)罩，對(duì)頭型碰撞的結(jié)果有著很大的影響。兩款車對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果見表13。

表13 試驗(yàn)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(duì)照組B車試驗(yàn)結(jié)果見表14。

表14 對(duì)照組B試驗(yàn)結(jié)果

由表13可以看出，同一款車，發(fā)動(dòng)機(jī)罩對(duì)稱的位置碰撞結(jié)果(HIC值)的比較可以看出，在主動(dòng)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(jìn)行均分區(qū)域法行人保護(hù)頭型碰撞試驗(yàn)，并對(duì)幾個(gè)典型頭型試驗(yàn)點(diǎn)位進(jìn)行細(xì)致分析。B級(jí)轎車A車型頭型試驗(yàn)得分7.75，主要失分原因?yàn)椋篈區(qū)試驗(yàn)點(diǎn)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(yàn)點(diǎn)位于車輛前大燈安裝支架附近，安裝支架距離發(fā)動(dòng)機(jī)罩較近，沒有足夠的吸能空間，因此該位置得分較差。B級(jí)轎車B車型頭型試驗(yàn)得分8.75，主要失分原因?yàn)?罩蓋鎖以及前大燈附近，距離機(jī)艙內(nèi)部距離較近，吸能空間較小，因此會(huì)失分，該車配備了主動(dòng)彈起式發(fā)動(dòng)機(jī)罩，由于該車的主動(dòng)機(jī)罩地彈起，使得靠近發(fā)動(dòng)機(jī)罩后延區(qū)域距離發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)部部件距離變大，有足夠的吸能空間，對(duì)比未進(jìn)行主動(dòng)彈起式發(fā)動(dòng)機(jī)罩試驗(yàn)的點(diǎn)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(jī)廠在車輛前期設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)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(duì)行人的傷害。