摘要：隨著當(dāng)前行人保護(hù)檢測技術(shù)的發(fā)展和行人保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的日漸嚴(yán)苛，促使車輛對行人頭部、腿部的保護(hù)能力日漸增強(qiáng)，行人頭部和腿部損傷概率逐步降低。然而行人碰撞保護(hù)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)尚未涉及行人胸部保護(hù)的要求，且行人胸部損傷的發(fā)生率僅次于行人頭部損傷和行人下肢的發(fā)生率。因此通過研究行人胸部保護(hù)檢測方法，總結(jié)推導(dǎo)了行人胸部試驗區(qū)域及行人胸部試驗點位的確認(rèn)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(hù)檢測技術(shù)的范圍，進(jìn)而給各個主機(jī)廠、檢測機(jī)構(gòu)以及汽車行業(yè)行人保護(hù)檢測技術(shù)的研究提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：行人胸部保護(hù)；試驗區(qū)域；沖擊點位分布；沖擊速度；沖擊角度；檢測方法

0 前言

當(dāng)前汽車工業(yè)發(fā)展迅猛，車輛對車內(nèi)外人員的碰撞保護(hù)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(dǎo)致行人在道路交通安全事故中傷亡率居高不下。據(jù)不完全統(tǒng)計，汽車與行人事故中，行人的死亡率達(dá)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(hù)技術(shù)在行人頭部和腿部方面有著較大的進(jìn)步，大部分國家和地區(qū)制定相關(guān)的法律法規(guī)和新車評價規(guī)程以規(guī)范車輛對行人頭部和腿部的保護(hù)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(yán)重，但行人胸部保護(hù)技術(shù)及其檢測技術(shù)的研究相對滯后，尚未發(fā)現(xiàn)存在國家和地區(qū)對行人胸部保護(hù)制定相關(guān)的法律法規(guī)。因此，行業(yè)內(nèi)對行人胸部保護(hù)技術(shù)及其檢測技術(shù)的研究迫在眉睫。主機(jī)廠逐步將行人胸部保護(hù)技術(shù)納入行人保護(hù)性能開發(fā)中，檢測機(jī)構(gòu)開始著力開發(fā)行人胸部保護(hù)的檢測技術(shù)，共同推動汽車行業(yè)行人胸部保護(hù)技術(shù)的發(fā)展。

1 試驗區(qū)域及試驗點位研究

1. 1 試驗區(qū)域區(qū)分

人體的關(guān)節(jié)可旋轉(zhuǎn)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(luò)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(jié)構(gòu)，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(qū)域，綜上研究行人胸部試驗區(qū)域即研究行人胸部上下部肋骨與車輛接觸的包絡(luò)距離。

研究行人胸部的試驗區(qū)域應(yīng)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(qū)域?qū)? 歲兒童假人的下部肋骨高度在車上形成的包絡(luò)線作為前緣試驗區(qū)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(luò)線作為后緣試驗區(qū)域邊界，假人上下肋骨分布示意圖如圖2 所示。結(jié)合行人身材尺寸參考的假人數(shù)據(jù)，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(qū)域前后邊界分別是WAD770 和WAD1540。在行人保護(hù)檢測試驗中，由于車輛中上部試驗區(qū)域的側(cè)邊界為發(fā)動機(jī)罩蓋側(cè)緣參考線，因此發(fā)動機(jī)罩蓋側(cè)緣基準(zhǔn)線將作為行人胸部試驗區(qū)域側(cè)面試驗區(qū)域邊界，行人胸部試驗區(qū)域示意圖如圖3 所示。

1. 2 試驗點位分布

當(dāng)前主流行人胸部沖擊模塊是側(cè)面碰撞假人ES2 的胸部模塊，如圖4 所示。結(jié)合ES2 假人的身材尺寸信息可知，假人胸部側(cè)面寬度為267 mm，側(cè)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(yīng)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(yīng)不低于267 mm；（3） 行人胸部沖擊點位的分布距離發(fā)動機(jī)罩側(cè)面參考線沿發(fā)動機(jī)表面應(yīng)不低于133.5 mm。

由于行人受到?jīng)_擊的過程中，由于頭型質(zhì)量相對較小，因此胸部的旋轉(zhuǎn)特征可以近似地看作為行人胸部和頭部的總體的旋轉(zhuǎn)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?xì)W洲新車評價規(guī)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(jìn)行包絡(luò)距離標(biāo)記，直到WAD1540 為止。

從車輛縱向中心線上的間隔160 mm 的標(biāo)記點開始，分別向車輛兩側(cè)直到發(fā)動機(jī)罩蓋側(cè)面基準(zhǔn)線，以267 mm 的間隔進(jìn)行標(biāo)記，此267 mm 應(yīng)在車輛的橫向垂直平面內(nèi)沿水平方向上測量得到。車輛縱向中心線上的每個標(biāo)記點重復(fù)上述步驟。

去掉距離發(fā)動機(jī)罩蓋的側(cè)面基準(zhǔn)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(jù)相關(guān)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(tǒng)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(fā)動機(jī)罩蓋角、發(fā)動機(jī)罩蓋上部基準(zhǔn)線的高度進(jìn)行確認(rèn)，相關(guān)參數(shù)詳見表1，車輛類型確認(rèn)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(xué)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(rèn)方法，確認(rèn)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(yīng)關(guān)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(guān)鍵試驗參數(shù)的研究，行人胸部沖擊檢測方法可按照如下步驟基本實現(xiàn)行人保護(hù)試驗中對行人胸部的損傷影響的檢測分析。

3. 1 試驗區(qū)域繪制及試驗參數(shù)確認(rèn)

（1） 將車輛調(diào)整至車輛準(zhǔn)備狀態(tài)下的輪眉高度；

（2） 繪制發(fā)動機(jī)罩蓋前后基準(zhǔn)線和發(fā)動機(jī)罩蓋側(cè)面基準(zhǔn)線；

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

（4） 繪制WAD770 和WAD1540 包絡(luò)線，并從WAD770 和中線的交點開始沿著中線每隔160 mm進(jìn)行標(biāo)記；

（5） 從中線上標(biāo)記點開始，沿著車輛的橫向垂直平面內(nèi)沿水平方向每隔267 mm 標(biāo)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(rèn)流程圖，確認(rèn)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(diào)整至車輛準(zhǔn)備狀態(tài)下的輪眉高度；

（2） 試驗前保證車輛、沖擊器和發(fā)射機(jī)構(gòu)在標(biāo)準(zhǔn)試驗環(huán)境下存放超過2 h；

（3） 調(diào)整行人胸部沖擊模塊和發(fā)射機(jī)構(gòu)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(diào)整發(fā)射機(jī)構(gòu)以確認(rèn)正確的沖擊速度，速度沖擊偏差不得超過設(shè)計速度的±2%；

（5） 調(diào)整車輛與發(fā)射機(jī)構(gòu)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(dǎo)引停止機(jī)構(gòu)不會與車輛相互影響；

（6） 啟動發(fā)射機(jī)構(gòu)，進(jìn)行試驗。

4 結(jié)語

基于現(xiàn)有的參考文獻(xiàn)及法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)和新車評價規(guī)程，本文總結(jié)推導(dǎo)了行人胸部試驗區(qū)域及行人胸部試驗點位的確認(rèn)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(jié)的行人胸部相關(guān)試驗關(guān)鍵參數(shù)及現(xiàn)有完善的行人保護(hù)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(xiàn)

［ 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.