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商业车辆的行人保护规定调查

作者 G K Chinnaswamy, E C Chirwa*, P Myler and S Nowpada Bolton Automotive and Aerospace Research Group (BAARG) School of Built Environment and Engineering University of Bolton, UK c.chirwa@bolton.ac.uk .

摘要：

为了使运输更安全，防撞工程师努力获得最佳设计解决方案，以保护行人和乘客。他们提出的解决方案用以制定评估车辆在事故期间表现的一组规则和标准，其中通过保护行人和乘客。这些测试标准是由实验程序开发的，在车辆投入市场之前必须遵循。因此，车辆配备有主动和被动安全系统来满足规定要求。由于存在不同类别的车辆以及不同的几何形状和设计，因此存在对于每类车辆做出详细规定的必要性。本研究认识到平面车辆的现有问题和关于行人保护的必要解决方案。还提出了一种用于接近平面车辆以保护行人的新测试方法。此外，还强调了法规制定的测试要求。

关键词: 事故统计，行人安全，法规和数值模拟。

简介

基于设计和技术的新安全功能已经部署在现有乘用车中，这样可以减少事故中行人和乘客的伤害，也可以避免意外事故。较为明显的原因是上述类汽车遇到的事故数量很多。已经不太感兴趣的其他类型的车辆是商用车和特别是具有平坦前部几何形状的车辆。这些车辆包括巨大的能量和具有刚性前部结构，这导致在碰撞期间对行人致命的伤害。保护行人的一种方法是遵守严格的行人安全规定，虽然这些规定已经建立，但规定仅适用于轿车前部几何形状[1，2和3]。因此，对于平前几何车辆，需要新的行人调节，这将能够在碰撞期间节省生命并同时保护乘客车辆乘员。对于行人安全，在各大洲采用了各种规定，一般来说，美国和欧洲的规定最多。这些标准由授权研究中心制定，并由耐撞性专家进行验证实验。这些规定现在遵循作为新车评估程序（NCAP）[4]，在NCAP之后，各种测试方法已经演变[5,6和7]，如EuroNCAP，澳大利亚NCAP和日本NCAP，这些测试程序建立在EEVC测试协议，测试参数的最小变化。结合上述立法，车辆制造商同时并入主动安全系统[8,9]，这些与被动安全系统一起导致为行人和乘客制定强大的保护系统。另一方面，车辆成本增加，这使得安全系统昂贵并且对普通人来说不实用。

*通讯作者

表1.1和图1.1描述了现有的行人测试程序和保护方法。 在制造平面车辆时遵循的规则是机舱稳定性和其他结构方面，这确保了乘客的安全性和车辆在运动过程中的稳定性[10]。 行人安全设施在平面车辆上较少受到关注，这对于减少在碰撞期间严重或轻微的致命伤害至关重要并节省行人。

表格1. 1 EEVC行人规章

图1. 1：事故预防和保护方法

方法

本研究基于平面车辆和行人保护所需的法规，进行深度事故调查，以了解和得出行人保护要求。进行数值模拟以确定对卡车前部的影响位置，并最终导出讨论和结论。事故统计数据是大多数汽车研究的基础，特别是涉及车辆碰撞性，这是时间的函数。因此，事故趋势提供了关于安全特性和调节实施的影响的重要信息。对于当前的研究，分析涉及行人意外的事故数据，特别是对于平前车辆。通过上述信息，获得涉及平前和车辆的行人事故数据的趋势。还分析了深度的行人事故数据，用于平坦前车上的碰撞位置。从上述分析数据中，执行数值模拟以确定与卡车前部碰撞期间的运动学和碰撞位置。使用LS-DYNA显式求解器执行数值模拟。下图描述了整个研究活动所遵循的方法。

行人事故资料

平面行人资料

行人事故趋势

行人影响分析

平面几何学的影响

对法规的要求

图1.2研究的系统方法

事故数据

我们进行了一项统计研究，以确定英国过去五年（1999 - 2005年）涉及平面车辆的行人意外数字。 图1代表包括所有类别的道路使用者和所有伤害类型轻微，严重和死亡的事故总数。

图1. 3 1999-2005年期间不同类别道路使用者的意外总数

巴士/客车，轻型货车（LGV）和重型货车（HGV）被认为是平面类。 研究显示，自1998年以来，行人对巴士/旅游巴士的意外数字，从未跌至1750宗以下。此外，亦注意到轻型货车的行人交通意外在过去三年逐渐减少。 另一方面，涉及HGV的行人意外数字较少，但在2001年之前保持不变，2005年逐渐减少至490起。

图1. 4涉及平面车辆的行人交通事故

有趣的是，自2000年以来，美国卡车事故造成的行人死亡人数增加（见图2.5）[12]。 Jikuang Yang和Jianfeng Yao [13]关于瑞典事故数据的研究显示，1999 - 2003年期间发生了5,826起行人事故，15％的行人事故是由公共汽车和卡车（HGV和LGV）造成的。

图1. 5美国涉及商用车的行人意外趋势

此外，由TRL进行的研究显示商业车辆的弱位置，其中行人意外是高的。 考虑了136个行人死亡，其中75％的事故发生在前面，23％在左边，其余的在HGV的后部和右边[14]。 分析了在HGV的前侧的更多的冲击位置。 据发现，HGV的左侧前方占了较高的事故数，如图所示。

图1.6商业车辆行人意外的地点

统计数据提供了关于涉及平面车辆的行人意外的严重性的关键信息。 一般来说，涉及平前几何车辆的行人事故没有明显减少，在平面车辆中缺乏行人保护系统是明显的。 此外，没有行人伤害的数据，可以区分由一次或二次撞击造成的伤害。 为了分析行人影响，已经采用了各种方法，基于有限元分析的计算机程序广泛地用于虚拟碰撞测试，其在使用具有参数变化性的n个碰撞模拟的数值模型方面提供了灵活性。 为了分析对行人安全调节的重要性，LS-DYNA非线性求解器广泛应用于研究。

前几何效应

为了了解几何对行人对平前方车辆的影响，我们考虑使用两种类型的车辆进行分析，客车和卡车。客车模型获得的公共领域[15]，已经验证与全正面刚性屏障冲击。由于没有可用的数字卡车模型，通过逆向工程方法生成通用FE卡车模型。反向工程技术的实施，因为公司限制使用蓝色打印和CAD模型。扫描的表面模型在超网格中被网格化，并且用实验准静态测试结果验证。边界条件，材料模型和接头使用Oasys PRIMER预处理器实现。卡车的逆向工程和啮合在TUG Garz（项目合作伙伴）进行，后来该模型与显式求解器LS-DYNA兼容。

行人模型

冲击模拟的行人模型的可用性有限，因为大多数模型是专有的，并在组织内使用。对于在LS-DYNA环境中的行人的冲击模拟，很少有模型可用，对于本研究使用GEBOD模型，这些被并入使用* COMPONENET_GEBOD关键字。使用LS-DYNA关键词生成的第95百分位男性GEBOD模型如图1.7所示。

图1. 7 GEBOD男模特

数值方法

分别使用客车和卡车进行两组冲击模拟，假设行人处于站立姿势，如图1.7所示。 乘客和卡车的速度是30英里每小时，这是在英国的城市限制允许的最大速度。

结果与讨论

模拟结果表明试验方案的潜在结果。 记录了在乘客车和卡车前部的正面碰撞期间的行人运动学; 当碰撞乘用车时的行人运动学被验证与尸体冲击[16]，如图1.8所示。 记录的行人数值数据与实验数据显示非常一致。 不涉及平面前车的尸体实验数据调查，因此数值数据被认为是准确的。

图1. 8：行人冲击运动学（a）数值（b）实验

类似地，使用平前车辆进行行人碰撞，以不同的时间间隔记录行人运动学，如图1.10所示。 英国速度限制为30kph作为冲击速度。 行人保护规定是针对客车而设计的，为了了解平坦前车所需的规则，调查了在碰撞分析中被认为是重要因素的因素时间和几何形状。 表1.1显示了与以相应时间间隔与车辆接触的行人身体部位相对应的表格值，该表还示出了各个身体部位与车辆部件接触所花费的时间。

图1. 9：行人运动学与卡车撞击

同时查看图1.8和表1.1的下面的描述。在0至60ms，小腿与保险杠接触，以减少损伤，保险杠使用材料组合更柔软。在这个时间点，只有小腿与车辆接触。从此点开始，上腿需要40ms，上身部分需要80ms。由于我们有大约80ms的时间间隔，主动安全系统可以方便地使用，如基于传感器的可部署的阀盖[17]。

表1：与乘客车辆接触的行人部件的时间间隔

表1. 2：与卡车接触的行人部件的时间间隔

为了确定几何效应和调节测试程序的重要性，记录水平和垂直位移。这些值如图1.9所示。

(a)

(b)

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