轎車行人保護(hù)新技術(shù)

1、    轎車行人保護(hù)新技術(shù)         中國(guó)道路交通事故死亡人數(shù)占全世界的15%，居世界第一；混合交通是我國(guó)目前交通的基本特征，交通運(yùn)輸中行人長(zhǎng)久以來(lái)處于十分弱勢(shì)地位占我國(guó)目前尚未出臺(tái)相關(guān)法律法規(guī)，對(duì)行人保護(hù)新技術(shù)進(jìn)行探索性研究，改善我國(guó)行人安全的工作任重而道遠(yuǎn)。 近幾十年來(lái)，隨著各國(guó)城市人口的日益密集、汽車制造技術(shù)的提高，以及汽車的普及、保有量的不斷增多，道路交通中的人員安全問(wèn)題越發(fā)突出。最近幾年，我國(guó)道路交通每年的死亡人數(shù)一直維持在10萬(wàn)人左右的高位上。歐盟

2、國(guó)家2004年道路交通死亡人數(shù)接近5萬(wàn)人，日本2003年道路交通死亡人數(shù)7702人。這些觸目驚心的數(shù)字迫使各國(guó)不斷加大對(duì)汽車安全性的研究。 歐盟2003年頒布了2003/102EC法規(guī)，規(guī)定從2009年10月開始，歐盟成員國(guó)所有新生產(chǎn)的乘用車都要配備行人保護(hù)系統(tǒng)。日本2004年頒布實(shí)施了步行者頭部保護(hù)基準(zhǔn)，規(guī)定新車也要安裝行人保護(hù)裝置，而我國(guó)在這方面還基本上是空白。 目前，我國(guó)實(shí)施的汽車安全國(guó)家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)有幾十項(xiàng)，2000年實(shí)行正面碰撞標(biāo)準(zhǔn)，2006年7月1日起實(shí)行側(cè)面碰撞標(biāo)準(zhǔn)。到2007年底已經(jīng)出臺(tái)一批與乘用車有關(guān)的汽車安全強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)。不過(guò)，尚未涉及到行人安全保護(hù)的法規(guī)。

3、預(yù)計(jì)在2010年底將會(huì)出臺(tái)行人保護(hù)的相關(guān)法規(guī)。   行人保護(hù)研究的背景和意義 據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界每年約有120萬(wàn)人死于道路交通事故，道路交通傷害是第10大死亡原因；事故所造成的經(jīng)濟(jì)損失達(dá)5180億美元。有鑒于此，歐美政府基于對(duì)車內(nèi)乘員安全保護(hù)，制訂了許多相關(guān)的車輛安全法規(guī)，促使各家車廠提高對(duì)車輛安全性能要求，使得行車安全性顯著提高，傷亡比率逐年降低。 然而行人的碰撞保護(hù)研究，卻沒(méi)有受到同等重視，相對(duì)于車內(nèi)乘員傷亡人數(shù)的逐年減少，車外行人傷亡比率，卻逐年增加。相關(guān)統(tǒng)計(jì)資料顯示，車內(nèi)乘員與易受傷害的道路使用者(如行人、摩托車騎士、腳踏車騎士)，兩者間的

4、死亡之比大約是3：1；而混合性交通的國(guó)家(如中國(guó)等)，此傷亡比例可高達(dá)1：3。以實(shí)際交通事故統(tǒng)計(jì)進(jìn)行分析，行人死亡之比在歐洲約12%，美國(guó)為11%，而中國(guó)則超過(guò)50%。因此行人碰撞安全研究的課題已逐漸受到全球各國(guó)的重視。 通過(guò)對(duì)事故數(shù)據(jù)的研究發(fā)現(xiàn)，大部分的行人碰撞事故是行人與車身前部發(fā)生碰撞。大多數(shù)的嚴(yán)重傷害是因?yàn)樾腥伺c車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)罩、風(fēng)窗以及車頂發(fā)生碰撞而造成的。 由此可見，頭部和下肢是行人最常見的受傷害部位。下肢膝蓋的傷害通常被認(rèn)為是最嚴(yán)重的傷害，因?yàn)樗赡軐?dǎo)致人員長(zhǎng)期的殘疾，而頭部的傷害則有可能造成死亡。對(duì)行人身體各部位傷害原因的研究表明，36.4%的行人頭部傷害是因

5、其與車身碰撞所導(dǎo)致的，行人臀部的傷害中有40.1%是因其與發(fā)動(dòng)機(jī)罩斜邊碰撞造成的，44.2%的腿部傷害則是由于腿部與保險(xiǎn)杠發(fā)生碰撞造成的。 過(guò)去30年中，各國(guó)的立法機(jī)構(gòu)和汽車制造廠商在汽車乘員的保護(hù)方面已做了大量工作，使得交通事故中涉及乘員的傷害無(wú)論在數(shù)量上還是在嚴(yán)重性上都不斷減小。相比起來(lái)，行人的保護(hù)問(wèn)題長(zhǎng)期以來(lái)卻一直沒(méi)得到足夠的關(guān)注。雖然20世紀(jì)70年代后期已出現(xiàn)對(duì)涉及行人的車輛事故的調(diào)查研究，但直到最近才在行人保護(hù)方面做了大量努力。歐洲汽車工業(yè)界在行人碰撞安全性的自我行動(dòng)方案實(shí)施不久，由于歐洲決定堅(jiān)持要對(duì)行人保護(hù)立法，制定專門的技術(shù)指令，為此歐洲聯(lián)盟于2003年11月17日制定

6、并發(fā)布?xì)W洲議會(huì)及理事會(huì)指令2003/102EC一關(guān)于在與機(jī)動(dòng)車輛發(fā)生碰撞前和發(fā)生碰撞時(shí)對(duì)行人和其它易受傷害的道路使用者的保護(hù)。在法規(guī)的制約下，以及為了提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力，各大汽車制造商和一些研究機(jī)構(gòu)紛紛投入專門的技術(shù)人員和最先進(jìn)的計(jì)算機(jī)設(shè)備從事行人保護(hù)的實(shí)驗(yàn)分析工作。  行人保護(hù)相關(guān)法規(guī) 行人碰撞安全保護(hù)的研究，起源于1970N1980年初，歐盟會(huì)員國(guó)在其歐洲車輛安全促進(jìn)委員會(huì)European Enhanced Vehicle-safety Committee(EEVC)中設(shè)立了EEVSWGl0的工作小組，專責(zé)研究有關(guān)行人碰撞保護(hù)的試驗(yàn)方法，該小組利用尸體與混合站立

7、假人進(jìn)行比對(duì)試驗(yàn)，模擬行人與車體碰撞過(guò)程中，行人脊椎骨、頸部的運(yùn)動(dòng)模式，進(jìn)而獲得其傷害指數(shù)。1994年WGl0的報(bào)告指出，以混合站立假人進(jìn)行的試驗(yàn)結(jié)果，其結(jié)果變異性過(guò)大，無(wú)法定出標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法。WGl0為一系列子系統(tǒng)碰撞模擬器提出了一套試驗(yàn)提案(圖1)，分別為： (1)下腿部模擬器(含膝關(guān)節(jié))與保險(xiǎn)杠碰撞； (2)上腿部模擬器與發(fā)送機(jī)罩前緣碰撞； (3)兒童、成人頭部模擬器沖擊發(fā)動(dòng)機(jī)蓋，使用半球形人頭模型。 這些子系統(tǒng)碰撞模擬器都是基于事故數(shù)據(jù)中身體最容易受傷的部位而開發(fā)的。 但EEVCWGl0小組所提出的撞擊模擬器和試驗(yàn)方法，限制了車輛的造型，

8、更遭受汽車制造廠普遍批評(píng)，認(rèn)為該提案無(wú)法滿足現(xiàn)今車輛設(shè)計(jì)的需求。這促使歐盟重新評(píng)估行人碰撞試驗(yàn)方法，另外成立EEVCWGl7工作小組，于1998年提出新的行人碰撞保護(hù)測(cè)試建議案。此提案保留了WGl0的基本試驗(yàn)方法，并新增SUV和4X4車輛的上腿部與保險(xiǎn)杠試驗(yàn)，主要是針對(duì)保險(xiǎn)杠較高的車輛，以上腿部代替下腿部模擬器進(jìn)行保險(xiǎn)杠沖擊測(cè)試。 各國(guó)對(duì)于行人保護(hù)的研究不遺余力，早期歐洲汽車制造商在關(guān)注行人保護(hù)安全議題時(shí)，曾考慮到一些車輛設(shè)計(jì)改進(jìn)。歐洲汽車制造商提議歐洲汽車制造商協(xié)會(huì)(ACEA)、日本汽車制造商協(xié)會(huì)(JAMA)和韓國(guó)汽車制造商協(xié)會(huì)(KAMA)的所有成員共同簽署約定，分兩個(gè)階段提高行人

9、保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，這就是2001年公布的歐洲汽車制造商約定，其重點(diǎn)在于可作為法規(guī)實(shí)施的備選方案及提早實(shí)施的時(shí)程。 在該方案實(shí)施不久，歐洲議會(huì)(EC)為大幅降低行人的死傷人數(shù)，決定針對(duì)行人保護(hù)制定專門的技術(shù)指令。因此歐洲議會(huì)于2003年11月17日制定并發(fā)布指令2003102EC一與機(jī)動(dòng)車輛發(fā)生碰撞前和發(fā)生碰撞時(shí)對(duì)行人和其他易受傷害的道路使用者的保護(hù)，正式立法保護(hù)行人碰撞安全。在歐洲除了法規(guī)提案外，歐洲的新車評(píng)估計(jì)劃(Euro破NCAP)，也制訂了一套行人保護(hù)規(guī)范，有別于乘員安全保護(hù)評(píng)級(jí)的星級(jí)公布。 行人保護(hù)法規(guī)的出臺(tái)，對(duì)于整個(gè)汽車行業(yè)的發(fā)展有著重大的意義。根據(jù)歐洲交通安全委員會(huì)(E

10、TSC)的專家估計(jì)，行人保護(hù)法規(guī)在歐盟范圍內(nèi)完全實(shí)施后，每年可挽救2000條生命，減少17000多個(gè)重傷人員。歐洲行人保護(hù)法規(guī)的制定是在吸收了很多組織的建議后制定的，第一階段已經(jīng)順利實(shí)行，但由于第二階段的要求過(guò)于嚴(yán)格，因此受到了許多組織及汽車廠商的反對(duì)。并迫使行人保護(hù)指令2003102EC第二階段的實(shí)施時(shí)間延遲。同時(shí)各方面在行人保護(hù)指令2003102EC第一階段的基礎(chǔ)上提出相關(guān)改進(jìn)方案使法規(guī)更為合理，實(shí)施更為有效。國(guó)際上較為主流的適用標(biāo)準(zhǔn)為GTR，ACEA標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)即將頒布的汽車對(duì)行人碰撞保護(hù)(征求意見稿)則完全采用了GTR標(biāo)準(zhǔn)。 目前歐盟和日本都已在2005年實(shí)施歐洲第一階段行人保

11、護(hù)法規(guī)，2010年實(shí)施歐洲第二階段行人保護(hù)法規(guī)，但將以GTR標(biāo)準(zhǔn)作為基礎(chǔ)。美國(guó)、加拿大、韓國(guó)則在積極準(zhǔn)備實(shí)施GTR標(biāo)準(zhǔn)的行人保護(hù)法規(guī)。本文所做試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)也采用GTR標(biāo)準(zhǔn)。表2為各類法規(guī)對(duì)比。 行人保護(hù)新技術(shù)的應(yīng)用 一般情況下，保險(xiǎn)杠是人車碰撞過(guò)程中第一個(gè)被碰撞到的汽車零部件，也是造成腿部骨折的主要原因。據(jù)ETSC的車輛安全專家分析，要減少對(duì)腿部的傷害，需要保險(xiǎn)杠在撞擊時(shí)有5-7.5cm的變型量，以吸收撞擊時(shí)的能量。為獲得對(duì)行人保護(hù)的功能，新開發(fā)的保險(xiǎn)杠大多采用了高密度泡沫材料或新的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，通過(guò)泡沫的彈性或結(jié)構(gòu)的變形吸能性，可以控制對(duì)腿部的；中擊過(guò)程，減小撞擊力量，從而有效地

12、保障行人的膝、腿免受嚴(yán)重傷害。 同時(shí)，汽車開發(fā)商對(duì)前照燈及其周邊區(qū)域也進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，以確保這些區(qū)域能按受控模式吸收腿上部的沖擊能量，避免玻璃破碎割傷行人的腿部。這樣的設(shè)計(jì)調(diào)整首先降低了腿上部承受的撞擊力，其次確保了能量吸收與前保險(xiǎn)杠的協(xié)調(diào)一致。舉例來(lái)說(shuō)，Swift(雨燕)保險(xiǎn)杠上則采用了由Xenoy材料制成的吸能結(jié)構(gòu)。這些不同的保護(hù)措施分別滿足了行人保護(hù)中對(duì)腿部撞擊保護(hù)的要求，為行人保護(hù)技術(shù)的進(jìn)一步研發(fā)提供了良好的示范作用。 發(fā)動(dòng)機(jī)蓋的前緣和發(fā)動(dòng)機(jī)蓋本身是在碰撞過(guò)程中，繼保險(xiǎn)杠之后與行人“硬碰硬”的部位，是造成行人大腿及骨盆處傷害和頭部傷害的主要因素。有關(guān)專家分析，為達(dá)到

13、保護(hù)行人的目的，發(fā)動(dòng)機(jī)蓋本身要有5-7.5cm的變形量，通過(guò)變形吸收沖擊能量以減少對(duì)大腿部和頭部的傷害。福特公司在全新的捷豹XK上使用了爆發(fā)式行人撞擊發(fā)動(dòng)機(jī)蓋抬升系統(tǒng)(PDBS：Pyrotechnic Pedestrian Deployable Bonnet System)，借助于安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)蓋下面的火藥，在撞擊行人時(shí)爆炸，并以50倍的驚人重力加速度，在30ms的瞬間將發(fā)動(dòng)機(jī)蓋抬升5.0-65cra，形成一道緩；中區(qū)，從而大幅降低了對(duì)行人的頭部傷害(如圖3所示)。 行人保護(hù)安全氣囊可避免人體撞擊到汽車的前風(fēng)窗玻璃上。這類氣囊共有2種，一是發(fā)動(dòng)機(jī)罩氣囊，二是前圍安全氣囊，兩者配合使用可減少最常見的行人傷亡事故。 發(fā)動(dòng)機(jī)罩氣囊位于保險(xiǎn)杠的上方，緊靠保險(xiǎn)杠處開始展開。碰撞前由一個(gè)碰撞預(yù)警傳感器激發(fā)，可在5075ms內(nèi)完成充氣，保持充氣狀態(tài)時(shí)間可達(dá)數(shù)秒鐘。充氣后的安全氣囊在前照燈之間的部位展開，由保險(xiǎn)杠頂面向上伸展到發(fā)動(dòng)機(jī)罩表面以上。氣囊的折疊模式和斷面設(shè)計(jì)保證了氣囊展開時(shí)能與汽車前端的輪廓相合，以保證兒童頭部和成人腿部的安全。 前圍氣囊系統(tǒng)的作用則是提供二次碰撞保護(hù)，防止行人被甩到發(fā)動(dòng)機(jī)罩后部后被前窗底部碰傷。該系統(tǒng)包括2個(gè)氣囊，分別由汽車中心線向一側(cè)的A立柱延伸。氣囊由傳感器探測(cè)到行人與保險(xiǎn)杠發(fā)生初始碰撞后觸發(fā)。在行人翻到發(fā)動(dòng)機(jī)