汽车碰撞安全工程：行人头部保护

行人头部碰撞保护的第一个任务是确定可能与头部发生碰撞的区域，在这个区域里，必须控制车体的外刚度。头部与车体外表面相撞以后通常用HIC值来衡量车体的安全性。

显然，不同身高的人在前方与车体相撞时，头部接触的区域是不一样的，儿童和矮小的行人头部会与前端接触，高大的行人头部会接触到发动机舱的后部，甚至是风挡玻璃。接触区域还与碰撞速度有关，车速越快，头部接触区就越往后。Euro-NCAP用外廓环绕线（WAD：Wrap Around Distance）长度来定义头部撞击区。用软尺从前方地面开始测量，头撞击的区域一般分布在1 000～2 100mm。根据这种“WAD坐标”，6岁儿童的碰撞点大约在WAD1000，矮小身材的行人（5百分位）头部碰撞点约在WAD1500，中等身材的行人（50百分位）头部碰撞点约在WAD1800（见图3.71）。

图3.71　WAD度量方法

图3.72　硬点分布区域

行人头部保护的基本措施是降低潜在碰撞区域的车体刚度。平整的车身金属外表面并不会对头部造成过度伤害，如果外表板件下面有不可压缩的刚体部件，头部就会透过柔性的车身外表面与内部的刚性件相撞，引发过度伤害。另外一种高刚度的区域是金属板件的棱边。平板弯折出棱角以后在法向上的刚度会大大提高，因此在前侧围上缘、边梁等部位都应加以注意。常见的高刚度钣金区有：风窗上边梁、A柱、流水槽及罩饰板、侧围上缘。外露或内藏的硬性部件有：前照灯、发动机罩锁、发动机、前悬固定座、蓄电池、刮雨器、发动机罩铰链等。硬点分布区域如图3.72所示。

硬点区域要尽量在造型和总布置阶段排除在撞击区域以外。对于发动机、上边梁、蓄电池、悬挂固定座等无法布置在碰撞区域外的硬点结构，则应尽量保证一个与外板之间法向距离上的最小值，使碰撞发生时外板不会与其接触。最后，要关注刚性部件的周边结构件刚度及其安装基座的刚度，以便在头部与其发生硬性碰撞时表现出一定的退让性。

1）风窗下边梁设计

风窗下边梁设计为开口式（如C型）结构，对行人头部保护有利。前风挡下边梁截面设计如图3.73所示。

图3.73　前风挡下边梁截面设计

（a）封闭式前风挡下边梁设计；（b）开口式前风挡下边梁设计

2）流水槽盖板设计

在发动机罩外板以下的流水槽盖板部分，要容易变形吸能。主要措施有：降低密封条，增大发动机罩内、外板之间的距离，采用开放式悬臂结构密封条支撑件等。在发动机罩以后的部分（罩板与风挡玻璃之间的位置），要尽量抬高流水槽盖板的高度，尽量使头部提前与流水槽盖板相接触。

3）刮水器设计

图3.74　刮水器吸能设计

发动机罩应覆盖刮水器转轴，且与发动机罩外板之间留有足够的空间D1（见图3.74）。如不能满足D1要求，则刮水器应采用压溃式设计，压溃力推荐为1 500N左右。压溃设计可采用刮水器转轴压溃和刮水器支架压溃两种方式，其中，刮水器支架压溃又有材料压溃和结构压溃两种形式。

如采用压溃式结构，必须保证刮水器有足够的压溃空间，这就要求适当抬高刮水器臂的高度，以便使头部尽早与其接触，但需兼顾驾驶员视野。另外，刮水器底部沿碰撞方向到流水槽的距离D2应当保证最小空间要求。

4）发动机罩内外板设计

发动机罩内、外板压边处的截面几何应保证易于变形吸能（见图3.75）。发动机罩不同位置的刚度可通过控制发罩内、外板结构来进行控制。(www.xing528.com)

图3.75　发动机罩内外板截面设计

5）翼子板及其支架设计

翼子板可采用塑料材料以削弱刚度，支架可采用易变形或可压溃结构，并合理布置翼子板支架的数量及位置，示例如图3.76所示。

图3.76　翼子板及支架设计

6）发动机罩铰链设计

在造型阶段要考虑将发动机罩铰链布置在头部撞击区域以外。铰链加强板到发动机罩外板之间要留有足够的距离。铰链加强板在满足刚度要求的前提下应尽量缩小尺寸。

7）散热器框架设计

散热器框架与发动机罩外板间应留有足够的距离，可以采用塑料材料以减弱其刚度（见图3.77）。

图3.77　塑料材料的散热器框架

8）发动机罩锁设计

发动机罩锁应尽量布置在WAD1000线之前与BLE线之后，即头型试验区域和大腿试验区域的中间位置（见图3.78）。如必须布置在头型碰撞区域内，则锁体与外板之间应保证留有最小距离。锁板及其加强板要易于变形吸能（见图3.79）。

图3.78　发动机罩锁布置位置

图3.79　易变形的锁板结构

9）标准紧固件

如果硬点结构与发动机罩外板之间没有足够的空间，则应格外关注连接螺栓的设计。连接螺栓应尽量布置在硬点下面和侧面，从而增加吸能空间。如必须布置在硬点结构上面，螺栓应尽量采用向下连接的方式，如图3.80所示。

图3.80　螺栓连接方式

（a）螺栓向上连接方式；（b）螺栓向下连接方式