行人胸部保護檢測方法研究

摘要：隨著當前行人保護檢測技術的發展和行人保護標準的日漸嚴苛，促使車輛對行人頭部、腿部的保護能力日漸增強，行人頭部和腿部損傷概率逐步降低。然而行人碰撞保護的相關標準尚未涉及行人胸部保護的要求，且行人胸部損傷的發生率僅次于行人頭部損傷和行人下肢的發生率。因此通過研究行人胸部保護檢測方法，總結推導了行人胸部試驗區域及行人胸部試驗點位的確認方法和行人胸部試驗的沖擊速度和沖擊角度，研究形成行人胸部沖擊檢測方法，完善行人保護檢測技術的范圍，進而給各個主機廠、檢測機構以及汽車行業行人保護檢測技術的研究提供一定的參考。

關鍵詞：行人胸部保護；試驗區域；沖擊點位分布；沖擊速度；沖擊角度；檢測方法

0 前言

當前汽車工業發展迅猛，車輛對車內外人員的碰撞保護能力日漸提高。由于行人在人車事故中天然處于弱勢地位，導致行人在道路交通安全事故中傷亡率居高不下。據不完全統計，汽車與行人事故中，行人的死亡率達30% 以上，其中48.2% 的行人死于顱腦外傷，23.4% 的行人死于胸部損傷。

目前車輛行人保護技術在行人頭部和腿部方面有著較大的進步，大部分國家和地區制定相關的法律法規和新車評價規程以規范車輛對行人頭部和腿部的保護作用。行人胸部損傷頻率僅次于行人頭部和行人下肢的損傷頻率，且相對于行人腿部損傷更嚴重，但行人胸部保護技術及其檢測技術的研究相對滯后，尚未發現存在國家和地區對行人胸部保護制定相關的法律法規。因此，行業內對行人胸部保護技術及其檢測技術的研究迫在眉睫。主機廠逐步將行人胸部保護技術納入行人保護性能開發中，檢測機構開始著力開發行人胸部保護的檢測技術，共同推動汽車行業行人胸部保護技術的發展。

1 試驗區域及試驗點位研究

1. 1 試驗區域區分

人體的關節可旋轉一定角度，行人各個部位與車輛碰撞接觸可簡化為人體各個部位與車輛包絡位置的接觸，如圖1 所示。此外，行人胸部主要由肋骨形成外部輪廓結構，因此行人胸部位置范圍可以簡化為下部肋骨至上部肋骨之間的區域，綜上研究行人胸部試驗區域即研究行人胸部上下部肋骨與車輛接觸的包絡距離。

研究行人胸部的試驗區域應滿足所有行人胸部的落點位置。行人的身高尺寸可參考使用6 歲兒童假人、Hybrid Ⅲ型5 百分位女性假人、Hybrid Ⅲ型50 百分位男性假人、Hybrid Ⅲ型95 百分位男性假人的身高尺寸。

行人胸部試驗區域將6 歲兒童假人的下部肋骨高度在車上形成的包絡線作為前緣試驗區域邊界，將Hybrid Ⅲ型95 百分位男性假人的上部肋骨高度在車上形成的包絡線作為后緣試驗區域邊界，假人上下肋骨分布示意圖如圖2 所示。結合行人身材尺寸參考的假人數據，6 歲兒童假人的下部肋骨高度為770 mm，Hybrid Ⅲ型95 百分位男性假人的上部肋骨高度是1 540 mm，因此行人胸部試驗區域前后邊界分別是WAD770 和WAD1540。在行人保護檢測試驗中，由于車輛中上部試驗區域的側邊界為發動機罩蓋側緣參考線，因此發動機罩蓋側緣基準線將作為行人胸部試驗區域側面試驗區域邊界，行人胸部試驗區域示意圖如圖3 所示。

1. 2 試驗點位分布

當前主流行人胸部沖擊模塊是側面碰撞假人ES2 的胸部模塊，如圖4 所示。結合ES2 假人的身材尺寸信息可知，假人胸部側面寬度為267 mm，側面高度是160 mm。參考ECE R127 行人頭型選點的要求，即兩個試驗點之間的距離不得低于165 mm，其中165 mm 為頭型沖擊器的直徑，故行人胸部沖擊點位的分布要求為：（1） 沿著車輛縱向垂直平面的車輛外表面的距離應不低于160 mm；（2）沿著車輛橫向垂直平面的車輛外表面的距離應不低于267 mm；（3） 行人胸部沖擊點位的分布距離發動機罩側面參考線沿發動機表面應不低于133.5 mm。

由于行人受到沖擊的過程中，由于頭型質量相對較小，因此胸部的旋轉特征可以近似地看作為行人胸部和頭部的總體的旋轉特征，故行人胸部沖擊點位選擇可以參考行人頭部沖擊點位的選擇方法，參考歐洲新車評價規程（Euro NCAP）《VULNERABLE ROADUSER TESTING PROTOCOL》，行人胸部沖擊點位的選擇方法為：

在車輛縱向中心線上，從WAD770 開始，沿著車輛前部輪廓以160 mm 為間隔進行包絡距離標記，直到WAD1540 為止。

從車輛縱向中心線上的間隔160 mm 的標記點開始，分別向車輛兩側直到發動機罩蓋側面基準線，以267 mm 的間隔進行標記，此267 mm 應在車輛的橫向垂直平面內沿水平方向上測量得到。車輛縱向中心線上的每個標記點重復上述步驟。

去掉距離發動機罩蓋的側面基準線小于133.5mm 的點，此距離沿車輛橫向（Y 軸方向）測量，行人胸部沖擊點位分布如圖5 所示。

2 試驗沖擊速度和沖擊角度研究

根據相關研究表明，行人碰撞事故中，行人胸部沖擊速度和沖擊角度主要取決于車輛前部的幾何形狀［1］。因此如需得到行人胸部的沖擊速度和沖擊角度則需要先明確車輛分類。基于Mizuno Y的統計研究將車輛大致分為三大類：轎車，多用途運動型乘用車和廂車，并且通過發動機罩蓋角、發動機罩蓋上部基準線的高度進行確認，相關參數詳見表1，車輛類型確認流程圖如圖6 所示。

基于上述分類完成的車輛類型，基于行人與車輛的碰撞運動學特征，速度沖擊矢量方向不垂直于行人胸骨縱向軸線方向，因此行人胸部沖擊角度和速度沖擊角度存在一定的差異。由于實際操作下存在一定的誤差，為此本文參考上腿型沖擊試驗的試驗角度和試驗速度的誤差確認方法，確認行人胸部沖擊角度和沖擊速度的沖擊允許偏差。車輛類型與行人胸部沖擊角度、速度角度和速度的對應關系可參考表2。

3 行人胸部沖擊檢測方法

基于對行人胸部關鍵試驗參數的研究，行人胸部沖擊檢測方法可按照如下步驟基本實現行人保護試驗中對行人胸部的損傷影響的檢測分析。

3. 1 試驗區域繪制及試驗參數確認

（1） 將車輛調整至車輛準備狀態下的輪眉高度；

（2） 繪制發動機罩蓋前后基準線和發動機罩蓋側面基準線；

（3） 測量發動機罩蓋前后基準線與中線的交點坐標和地面坐標，計算發動機罩蓋角值和發動機罩蓋前緣參考線的高度；

（4） 繪制WAD770 和WAD1540 包絡線，并從WAD770 和中線的交點開始沿著中線每隔160 mm進行標記；

（5） 從中線上標記點開始，沿著車輛的橫向垂直平面內沿水平方向每隔267 mm 標記點位，該點位即為行人胸部沖擊點位；

（6） 基于圖6 的車輛類型確認流程圖，確認車輛類型，并確定行人胸部沖擊模塊的沖擊角度、速度方向及沖擊速度值，選擇試驗點位。

3. 2 試驗步驟

（1） 將車輛調整至車輛準備狀態下的輪眉高度；

（2） 試驗前保證車輛、沖擊器和發射機構在標準試驗環境下存放超過2 h；

（3） 調整行人胸部沖擊模塊和發射機構的角度，各方向的偏離角度不得超過±2°，在第一接觸時刻，沖擊偏差不得超過±10 mm；

（4） 調整發射機構以確認正確的沖擊速度，速度沖擊偏差不得超過設計速度的±2%；

（5） 調整車輛與發射機構的相對距離，保證行人沖擊模塊能夠加速到指定速度沖擊車輛，而任何導引停止機構不會與車輛相互影響；

（6） 啟動發射機構，進行試驗。

4 結語

基于現有的參考文獻及法規標準和新車評價規程，本文總結推導了行人胸部試驗區域及行人胸部試驗點位的確認方法和行人胸部試驗的沖擊速度和沖擊角度。基于上述總結的行人胸部相關試驗關鍵參數及現有完善的行人保護試驗檢測方法，研究形成了行人胸部沖擊檢測方法。

參考文獻

［ 1］ MIZUNO Y.Summary of IHRA pedestrian safety working group activities（2005） -proposed test methods to evaluate pedestrian protection afforded by passenger cars on behalf of the IHRA pedestrian safety working group[C]//19th ESV 5conference proceedings： Washington，2005.