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主动保护装置对减轻对行人的伤害的应用调查

J Hoffmann*, H Kitte** and M Aoki**

*丰田高西欧洲NV，德国

**日本TOYODA GOSEI有限公司

摘要 - 如今，全球大多数国家的交通事故死亡人数正在减少。未来保护制度不仅将重点放在被动保护乘客身上，还将通过开发新的装置来解决行人事故中的行人伤害减轻问题。本文介绍了在车辆设计理念方面研究行人保护研究的研究成果。这项工作被认为是及时的，因为立法和消费者测试程序将要求汽车制造商通过考虑代表车辆与行人之间正面影响的一系列测试。这项工作是根据1994年至1998年期间的国家汽车采样系统/行人碰撞数据研究（NASS / PCDS）的事故数据库进行评估。评估描述了事故情况，伤害水平，身体部位车辆部件造成伤害。结果显示，大量轿车型车辆涉及车辆与行人碰撞中行人头部为受伤最严重的部位。并随之进行了一项研究，其中设计，制造和随后测试了发动机罩气囊概念。它将会表明，特殊的发动机罩安全气囊技术能够关闭发动机罩后部边缘和挡风玻璃之间的间隙，因此，行人将在减少撞击车辆时的头部负载方面受益。

关键词：行人安全，保护装置，安全气囊

介绍

流动性要求近几十年来不断增加。交通密度，特别是个人交通，稳步增长。未来的预测并不表示这种情况有任何变化，结果显示的是城市中心车祸碰撞的事故发生率正在上升。并且严重受伤的行人人数有所增加。为了解决这些问题，汽车工业致力于开发和生产提供改善的行人保护的新型车辆。

具有发动机提升机构或在车辆 - 行人碰撞的情况下被激活的安全气囊的主动保护系统需要能够在发生碰撞的情况下检测和识别行人的传感器。这涉及使用预先碰撞的传感器（基于雷达，视频或红外线），其将车辆前面的扇区注册，并且必须及时检测与行人的碰撞，以激活保护系统或接触传感器，其检测步行腿对保险杠的影响。然而，在改善行人保护方面，最新的发展仍然无法使用碰撞前传感器技术，并且已经利用接触式传感器进行了发展。

本研究的目的是对适合车辆行人头部保护系统的开发和实验评估。在这种情况下，采取了一个弹出式发动机罩和一个安全气囊，覆盖发动机罩后部边缘和A型支柱，以便迅速改变形式和能量吸收行为，从而保护行人的头部。

所选择的事故数据分析

使用NASS / PCDS数据进行事故评估[3]。 根据受伤部位评估552起事故情况。 在下图中，显示了AIS2 （总伤害数：1488）和AIS3 （总伤害数：832）的行人受伤身体部位。 下肢和腿部占所有评估事故（不同冲击速度和行人年龄）的所有AIS2 伤害的2/3。 头，胸，腹，上肢随之而来。 头部发生AIS3 水平的近一半（48％），其次是下肢和胸部。

AIS2 AIS3

图1。 根据AIS2 和AIS3 的行人身体部位受伤

查看相同的事故数据并对车辆类型进行评估（图2），可以看出，轿车和掀背车类型的车辆约占受伤的70％。 这里必须指出，NASS / PCDS的116（行人）案例的数据库是本次评估的基础。

图2.导致AIS3 头部受伤的车型

除了数据库提供的信息之外，还可以得出车辆行人事故造成AIS3 头部受伤的车辆部件。 评估了149例。 汽车发动机罩表面的降序，支柱和整流罩可以被称为最危险的车辆部件。 这个数据显示，发动机罩不是主要的伤害来源，而是行人对挡风玻璃和支柱造成严重伤害的影响。 该分析的结果证实了Isenberg等人的调查。 [5]和ITARDA [2]。

图3.导致AIS3 头部受伤的车辆部件

NASS / PCDS数据的分析证实，在车辆行人事故发生时，需要保护行人，头盔和车帽，支柱和整流罩之间的硬接触。 AIS3 的行人头部伤害水平越低，这个区域的弹头帽与复杂的安全气囊概念相结合，覆盖了发动机盖的后缘和支柱。

行人保护装置功能原理的理论思考

发动机罩将被提升，以提供变形的地方，从而吸收冲击行人的能量，并最终降低行人身体的负荷。通过提高发动机罩，将会创建阀盖和刚性车厢部件之间的间隙。这是由a实现的

在两个铰链上提升发动机罩的烟火执行器。在致动期间，发动机罩在发动机罩锁上旋转，并将在发动机罩的后边缘处抬起100 mm。

在发动机罩被提升的同时，一个专用的气囊系统沿着右侧和左侧A柱部署，并在挡风玻璃框架前面设置一个保护区，支柱至A-支柱。保护系统，集成在发动机罩铰链和A柱安全气囊中的发动机罩执行器的组合描述了我在本研究中调查的保护概念。

通过在发动机罩后边缘区域和前挡风玻璃之间引入额外的保护区来描述这种行人保护概念的进步。这种保护概念II包括由烟火执行器和下部安全气囊突出的发动机罩，部署在A柱前面，并覆盖发动机罩后部边缘和挡风玻璃之间的间隙。一个额外的上部安全气囊室位于发动机罩后部的前面。

概念I：单室安全气囊概念II：双室安全气囊

图4.主动行人保护概念，单室安全气囊（左），双室安全气囊（右）

由于第一次接触和头部撞击车辆之间的可用时间窗口，在车辆行人撞击期间在行人围绕期间[1]，发动机罩的启动和气囊的定位必须非常快。 80毫秒后跟随感应系统的触发信号，概念I和II都就位，因此可以提供其冲击能量吸收能力。

行人保护装置的技术实现

在中型车的基础上，两个活跃的行人概念被设计和设置为原型，并被集成到汽车中。 烟火阀帽执行器被集成到阀盖铰链机构中以便弹出发动机罩。 行人保护气囊模块位于发动机罩后缘的下方。 在概念I和概念II的情况下，两个混合式充气机每个260kPa用于填充60升的袋体积，在概念I和两个充气机具有360kPa的气体输出为80个袋子体积。 为了研究保护能力，根据欧洲NCAP规范进行头部冲击器试验[4]。 撞击冲击速度为40公里/小时，冲击角为65度，对车辆前端的三个不同位置进行了影响。 影响位置根据事故分析进行选择，并承担高伤害风险。

图5.车顶前部横截面（左），顶视图（右）的头部撞击位置A，B和C

选择三个不同的位置作为头撞击器冲击点，如图5所示。冲击点冲击阀盖后缘中心，冲击点C阀盖铰链和冲击点B代表行人头对A柱的影响，被认为是最危险的区。

基线 弹出 弹出窗口和单个 弹出窗口和双击腔室安全气囊气囊

图6.不同评估方案的设置

在所有三个影响点中，测试在四种不同的保护条件下进行。 第一个测试系列作为基线进行。 在这种情况下，保护系统未启动 - 发动机罩被设置在正常位置。 第二个测试系列仅在发动机罩下方提供100 mm的间隙进行，因此烟火激活剂被激活。 进一步的头部撞击器测试系列是通过发动机罩弹出和部署的单室安全气囊的组合进行的 - 保护概念I.最终测试发生在弹出发动机罩和双室安全气囊的条件下 - 保护概念二

头部冲击试验的结果

在冲击角为65°的情况下，质量为4.5公斤，速度为40公里/小时的头部撞击器撞击车辆前端。 测量的展开后的气囊内压为50 kPa。 在下面的表1中，描述了头冲击器测试的获得结果。

影响点		基线	弹出	弹出窗口和单个	弹出窗口和双击腔室安全气囊气囊
A	HIC [-]	751	453	297	250
	减速比	0%	40%	60%	67%
B	HIC [-]	11,204	-*	521	447
	减速比	0%	-	95%	96%
C	HIC [-]	1,987	1,141	1,288	943
	减速比	0%	43%	35%	53%

*与基线相同的场景，因此没有执行头部撞击器测试。

表1.头冲击器试验结果

测试结果表明，原理上通过应用主动保护装置增加了保护能力。 将烟火激活的保护概念集成到发动机罩铰链中仅在铰链区域中仅仅减少HIC值。 这个结果是预期的，因为在本研究中阀帽执行器的能量吸收行为没有被优化。 反而烟火执行器用作发动机罩弹出系统，以便在发动机罩和发动机舱部件之间产生间隙，并允许单室或双室安全气囊部署和定位正确。 烟火执行器发动机罩提升的优势反映在冲击发动机罩后边缘中心时HIC值显着降低40％

撞击器撞击车辆前方的位置

图7.头部冲击器HIC值的比较

在车辆行人事故期间，弹出式发动机罩和单室或双室安全气囊的组合减轻了行人头部撞击车辆前部的区域。得到的结果表明，不仅可以减小铰链区域的HIC值，还可以在发动机罩后边缘中心区域撞击时行人头部的载荷。在此，观察到负载减少60％。

与仅使用发动机罩弹出式活动的行人保护系统相比，发动机罩弹出式和安全气囊覆盖A柱的组合增加了保护能力。在这项研究中，可以证明，影响A柱的头撞击器的HIC值可以降低到可接受的HIC值为447的应变的96％。

具有弹出式发动机罩和双室安全气囊的保护概念在所有三个评估的冲击位置展示了其保护能力。与基线测试中获得的结果相比，HIC值可以显着降低。

讨论

当比较冲击位置A的基线和弹起位置之间的头部形式冲击器的加速度 - 位移响应时，可以看出形状有显着差异（图8）。 活动的发动机罩提供100 mm的额外间隙，允许通过阀盖的局部变形吸收头部冲击器的动能。 第二个加速度峰值是通过冲击中的活动阀盖的波浪运动产生的，并且与冲击器的底部结合。 通过这种保护概念，与基线设置相比，该冲击位置的HIC值降低了1/3。 由于铰链和发动机罩执行机构干扰了该区域的发动机罩的变形行为，所以没有观察到冲击点C的冲击头载荷的令人满意的减少，远低于1,000的HIC值。

位移[mm]

图8.冲击位置的基线和弹出窗口的加速度 - 位移响应的比较A

必须考虑的是，在事故期间围绕发动机罩的行人将通过其产生的力量推回活动的发动机罩。 因此，提升的发动机罩和发动机舱部件之间的间隙将减小，从而可能导致头部加速度的增加。

在图9中，进行了冲击位置B处的基准和弹起与双室安全气囊的加速度 - 位移响应的比较。 安全气囊防止冲击器与A柱硬接触。 HIC值的显着降低是单室和双室安全气囊的结果。 没有观察到头部撞击器的底部。 撞击能量完全被下部安全气囊吸收。

图9.冲击位置B处的基线和弹出和双室安全气囊的加速度 - 位移响应的比较

弹出和单室安全气囊的组合通常在铰链和发动机罩后边缘的区域中增强反作用力。 如图10所示，冲击位置C处的加速度 - 位移响应的第一个峰值是由头部冲击器对发动机罩的影响而发生的。 单室安全气囊概念的加速度 - 位移图的第二个峰值由于发动机罩的波浪运动和入侵期间位于发动机罩下方的气囊的压缩而引起。 由此，最大加速度值增加（见）并导致更高的HIC值。

图10.冲击位置C下弹出和弹出和单室安全气囊的加速度 - 位移响应比较

在下图11中比较了弹出式发动机罩和单侧敞篷安全气囊与双室安全气囊的弹出式发动机罩的试验结果，形状上的加速度 - 位移响应差异明显。 通过上安全气囊室，冲击头形式的能量吸收位移增加。 从上部安全气囊底部出来之后，加速度迅速增加，其次是第二个峰值，发动机罩的波浪运动和下部安全气囊腔室压缩的组合。 因此，峰值宽度减小（对）并影响HIC值的降低。 剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

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