汽车-行人碰撞（精选3篇）
汽车-行人碰撞 篇1
20世纪70 年代以来, 针对汽车前端的形状和硬度以及它们对行人和骑自行车者有何影响已有多项研究。工程师们业已知道如何改良汽车前端以减少它的危害性[1,2]。欧洲提高车辆安全委员会已经设计了有关汽车前端的性能测试, 例如Directive 2003/102/EC。在发达国家, 一项严格规范的行业性标准, 即新车评估规程 (new car assessment program, NCAP) , 成为汽车业界公认的权威评价体系。如果要求机动车必须通过这些测试, 则欧洲和其他发达国家的行人和骑自行车者每年车祸死亡或重度创伤的人数可望下降约20%[2,3]。
在低收入和中等收入国家, 亟须通过类似法律来改进公共汽车、卡车、小货车、面包车和某些城市特有车辆的前端设计[4,5]。在印度的新德里, 约2/3的车祸是由公共汽车或卡车引起的[6], 多数因车祸丧生或致残者既不是乘客, 也不是驾驶员, 而是车外弱势道路使用者[5]。在我国交通事故中, 机动车驾驶员与交通弱者 (行人、乘员、骑自行车人) 的死亡之比是1∶3, 而在交通发达国家则刚好相反, 这意味着在我国交通弱者的死亡率比司机高出2倍。据统计, 在欧洲12%的交通事故死亡者为行人, 在美国为11%, 我国则超过50%。国内行人碰撞保护的研究和相关标准的制定显得非常必要[7]。我国道路交通情况复杂, 人、车并行情况多, 在交通事故中, 行人死亡的比例在全球最高, 所以在车辆设计、改造方面, 必须加强对行人的安全保护意识。
当前随着行业性标准, 即NCAP逐渐引入国内, 众多汽车生产厂家开始重视基于行人保护的汽车碰撞 (本文中所讲都是正面碰撞) 试验研究并进行汽车前端结构优化。同时基于行人保护的研究可以应用到交通事故再现中, 为交通事故鉴定提供理论依据。其中研究之一就是汽车碰撞后行人伤害值的界定和伤害值数据库的建立。
针对我国特点开展汽车与行人碰撞的安全性研究, 并提出相应的评价方法, 对于提高汽车碰撞安全性, 降低汽车安全事故损失具有重要指导意义。由于对汽车与行人的碰撞安全性进行评价是一项较复杂的工作, 国内在此领域的研究无论从系统性、完整性、实用性上讲都是比较薄弱的。为了有效地研究降低行人在交通事故中的伤亡率, 必须对以往的交通事故数据进行采集、归纳、汇总、分析。因此, 建立一个基于我国国情的行人与汽车碰撞分析数据库不但是信息化时代的需求, 也是我国行人交通事故问题研究的需要。
1 汽车碰撞后行人伤害值指标
1.1 头部评价指标
头部冲击伤害标准 (head injury criterion, HIC) , 是1971年由Versace提出, 被FMVSS208项 (乘员保护装置标准) 所采纳。是一种对 (gadd severity index, GSI) 改进的头部冲击伤害评价标准, 其式[8]为:
式中:a为头部重心加速度, 其值为重力加速度g的倍数;t1为加速度波形上的任意时间;t2为相对于t1的HIC最大时的时间, 间隔在36 ms以内;
但是式 (1) 比较复杂, 头部重心加速度a也比较难以在现实中得到, 笔者本着实用的原则同时也为了下面数据库程序运行的需要, 把式 (1) 进行了简化。
在行人与汽车碰撞的瞬间, 可以认为那个极小的时间段内 (t1～t2) 的加速度a=-v/t (该加速度是处在减速情况下的, 最后的末速度视为0) , 所以该公式可以化简为:
对于
由于实际中t1～t2是不能无限接近的, 所以式 (3) 存在一定的误差, 是个理想值, 所以在这个基础上引入了一个修正系数1/ t1。
1.2 胸部评价指标
评价胸部损伤的指标是胸部损伤指数 ( thoracic trauma index, TTI) , 其计算公式如下:
式中:AGE为试验对象的年龄;RIBY为侧面碰撞中第4根和第8根肋骨的最大加速度绝对值的平均值;T12Y为第12胸椎骨的最大加速度绝对值;MASS为试验对象的质量;Mstd为标准参考人体质量。
1.3 腿部评价指标
腿部作为行人与汽车碰撞最先接触的部位, 承受的冲击力比较大, 因此很容易造成下肢残废。通常与下肢发生碰撞的是前凸的汽车保险杠和发动机罩盖边缘, 通过实验一般成年人体股骨在受到最大剪切力为6.3 kN、弯曲力矩为430 N·m时, 发生骨折的可能性为50%[9]。因此, 下肢所受到的碰撞剪切力和弯矩值大小可以反应出其受撞击的严重程度。
2 碰撞速度对行人的伤害及碰撞速度分析
在汽车与行人的碰撞中, 行人受到的伤害在一定程度上决定于车辆碰撞速度。车辆碰撞速度不同, 行人碰撞后所受到的伤害也不同。根据相关文献[10], 按照速度的区段将受伤害的行人数目划分, 见表1所列。
从头部伤害评价指标式 (4) 也可以看出, 头部伤害值HIC受到碰撞速度v的影响。以下对碰撞速度v进行分析:
在汽车制动初期, 轮胎同时发生滚动和滑动, 使印迹中的胎面花纹在车辆行驶方向上被拉长, 此时的印迹称为制动压印;当后期车轮抱死产生纯滑移时, 路面的花纹已经无法辨认, 成为一条连续的实心印迹, 这时才叫做制动拖印。通常把制动压印和制动拖印的长度之和作为车辆的制动距离, 然后根据动力学的公式计算汽车的速度。
由于人体的质量和汽车相比较小, 当忽略人体质量时, 汽车碰撞前后的速度变化不大 (即动量变化不大, 近似地认为不变) 。设汽车速度为v, 则有:
式中:g为重力加速度;φ为路面附着系数, 通常取值0.5～0.7;s1为制动压印距离;s2为制动拖印距离。
但假如不忽略人体的质量m2, 应该先按碰撞后制动拖印长度计算碰撞后的速度, 然后根据动量守恒定理计算碰撞前的速度。设汽车碰撞后的速度为v2, 则:
再设汽车的质量为m1, 碰撞前的速度为v1, 根据动量守恒:
式中:v3 为人体被汽车撞后的抛离速度。这里的一个前提假设是, 由于惊慌等其他原因, 人在碰前发现了车, 但是来不及躲闪, 所以速度为0。
在事故发生后, 就要根据现场的证据测算行人的速度, 一般是根据抛体运动的特点来计算, 运动学的原理见图1所示。
人的飞行距离满足
x1=v3t (9)
式中:t为飞行时间, 下落的高度为:
根据动能定理, 则
式中:λ为人对地的动摩擦因数, 通常取0.4～0.6。
在实际中只要测出人体在地上滑行的距离x2, 联立以上各式得到人体抛体的初速v3和抛行的空中距离x1。用公式表示为
将式 (12) 代入式 (8) 并联立式 (7) 就可以得出在考虑人体的情况下车速:
3 数据库设计
3.1 设计意义
为适应交通运输系统信息化发展态势, 充分有效地利用常年积累的海量的交通事故数据, 实现行业内部、行业间信息共享, 提高资源利用效率和运输系统的运行效率, 提高交通管理水平, 有必要在我国建立国家级或地区级的交通事故研究和分析数据库, 其核心是数据库技术建立交通事故信息分析系统, 并和信息、通信技术相结合, 从微观和宏观两个层面分析和评价交通安全状况, 并以此制定相应的对策措施。数据库系统的建立有利于提高决策的科学性, 提供信息共享和增值服务。建立一个基于我国国情需要的行人与汽车碰撞分析数据库, 成为降低交通事故伤亡人数问题中的一个非常重要的课题。
3.2 设计目标
1) 研究速度变化对行人的伤害的影响。
碰撞速度影响行人受碰的能量大小, 所以本数据库通过引入各类标准, 在碰撞速度和行人伤害之间建立关系, 从而用数量的形式反映速度对行人伤害的影响。
2) 基于我国国情下对行人伤害的数据进行收集、整理、存储。
由于目前关于我国行人与汽车碰撞的数据库资料比较欠缺, 所以本数据库的建立可以从一定程度上对开展这方面的研究起到抛砖引玉的作用。同时将各种行人的伤害资料存储起来, 为日后研究如何降低行人交通事故和优化汽车前端结构设计提供数据基础。
3.3 设计模块
1) 计算和等级分析程序。
以头部和胸部伤害为例, 根据式 (1) 和式 (4) 可以求出人体头部伤害值HIC;根据式 (5) 可以得到人体胸部伤害值TTI。参考有关资料并根据我国行人的身体素质, 建立以HIC和TTI值为基础的伤害分类标准。头部等级分类:等级1:0<HIC<200;等级2:200≤HIC<500;等级3:500≤HIC<750;等级4:750≤HIC<1 000;等级5:HIC≥1 000。胸部等级分类:等级1:0<TTI<100;等级2:100≤TTI<150;等级3:150≤TTI<200;等级4:200≤TTI<250;等级5:TTI≥250。等级越高伤害越重。
2) 行人信息登记表。
该登记表是在SQL语言的基础上建立的一个表[11], 其内容包括姓名、年龄、籍贯、性别、HIC值、TTI值、受伤等级。该登记表的主要功能有存储、添加、删除、查询等。当经过计算和等级分析程序得出HIC、TTI值以及对应的伤害等级以后, 使用添加功能把相应的数据输入以后, 数据库中就存储了一个记录;当这些数据积累到一定的数量的时候, 在进行事故特征分析时, 使用查询功能就可以根据以上提到的7个属性中的任何一个来查询符合条件的个体;当数据库中某个数据没有研究价值的时候可以使用删除功能将其删除;如果某个数据不太准确, 该表还提供了修改的功能。该登记表见图2所示。
3) 头部伤害等级表和胸部伤害等级表。
将已经分类的头部标准和胸部标准在数据库中以表的形式记录下来。这张表同样具备修改、添加、删除、查询, 主要是考虑到现在的分级标准还没有经过实际的考证, 分级的数据和标准不一定准确, 所以要具备修改功能, 同时由于人体的素质统计不太全面, 有可能会有新的分级标准出现, 所以必须根据实际的情况保留添加新等级的功能。也有可能本分级标准与今后的国情有不符合的地方, 所以要保留删除不合理等级的功能。
头部伤害等级表包括头部伤害等级、HIC值、说明3个元素作为表的列, 头部伤害等级列存放等级数, HIC值存放的是等级限制条件、说明是对该等级伤害程度的描述。胸部伤害等级的设置方式大致类似。
4 速度-伤害值数据库运行结果
从前面分析可知碰撞速度将对行人在交通事故中的存活率起到决定性的影响, 在建立数据库的时候, 应该把速度的影响作为首要的考虑因素。由于数据库程序比较长, 本文只给出运行结果。输入碰撞速度, 时间t1和t2就可以输出HIC值, 输入行人AGE (年龄) 等就可以输出TTI值, 运行结果如图3所示。
5 结束语
本文探讨了汽车碰撞过程中行人伤害指标和等级界定的问题, 对传统的头部伤害公式进行了简化处理以更加方便于实际的使用, 分析认为碰撞速度是行人伤害最大的因素并且讨论了如何测量碰撞速度。为了适应交通管理部门和汽车设计部门信息化处理的需要, 初步建立了行人和汽车碰撞分析数据库, 它可以是我国未来ITS体系中的一个有机组成部分, 同时也为建立行人保护机制、降低交通事故死亡率和优化汽车前端结构设计奠定了一定的理论基础。
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基于碰撞检测的行人疏散算法研究 篇2
1 行人单步行走流程
本文提出基于邻域空间的方位距离效应函数,并结合经典的碰撞检测算法,构建微观行走仿真模型,来模拟行人在疏散过程中的单步行走。
图1为行人的单步决策流程,行人首先根据周围环境中行人的密度确定初始速度,如果环境比较宽松,行人以期望速度(desired_speed)行走,如果周围环境开始发生拥挤甚至出现恐慌时,行人将以最大速度(max_speed)行走。然后对行人邻域完整空间状态进行方向选择,转向范围受到周围行人和障碍物的约束。经过转向决策确定行进方向之后,在当前行人位置搜索距离最近的行人,并开始预碰撞检测,然后对满足预碰撞条件的行人组进行精确碰撞检测,当检测到行人将要发生碰撞行为时,根据行人出行目的以及个人的性格特征作出适当的调整来避免碰撞发生。需要对以下两点进行特别说明。
(1)图1中深色填充区域所示的“基于邻域空间决策原理的行人转向决策”、“行人预碰撞检测”和“行人精细碰撞检测”三个环节是由下文所述的微观行走决策模型负责解决的问题。
(2)行人能感知到周围完整邻域空间的正确信息,行人采取加速行进时,其速度不会超过最大速率。不发生碰撞时,行人会以期望速度行进。
2 邻域空间决策模型
2.1 邻域空间状态描述方法
邻域空间决策模型对行人的邻域空间状态采用极坐标系进行描述。此极坐标系的极点为行人重心所在位置,极轴为行人当前行进方向。对于行人邻域空间内的任一点使用极坐标(θ,R)表示。其中以逆时针方向作为方位角θ的正方向,其有效取值范围为(0,360]。R表示空间某一点到行人重心的距离,有效取值范围为(r,stadia),其中r为行人的身体半径(即行人的半个肩宽),stadia表示行人在单步决策中考虑的最远距离,称其为单步可行最大距离。
2.2 邻域空间决策原理
由于行人在运动过程中对各种外因作用的综合考虑过程是一个典型的非线性处理过程。因此不能简单地把各种外因作用进行线性加和。本文在此提出一个邻域空间决策原理。邻域空间决策原理是将行人行走邻域空间的各种因素综合考虑的决策原理。而且行人行进速率大小的调整和方位角度的选择依据取决于行人周围完整的邻域空间。
2.3 方位距离主观效应函数
方位距离效用受多个因素的影响,其中包括目标方向、当前行走方向、周围行人以及障碍物、以及距离的远近,对于不同的因素,其影响的模式不同,具体表现在:单步可行距离内偏向当前行走方位越近的方位角效用越高;单步可行距离内偏向目标方位越近的方位角效用越高;单步可行距离内覆盖同伴行人区域内的方位角效用升高;单步可行距离内覆盖障碍物区域内的方位角效用降低;单步可行距离内覆盖陌生行人区域内的方位角效用降低;单步可行距离内同伴行人的吸引作用随方位距离的增加而增强;单步可行距离内陌生行人的排斥作用随方位距离的增加而减弱。
(1)当前前进方向的方位距离效应函数fw(θ,r)=a*cos|θ|
其中,θ为方位数值,r表示空间某一点位置到当前行人的距离,a表示转向引起的效用损失参数。
(2)目标方位所产生的方位距离效应函数fd(θ,r)=b*cos|θ-θd|
其中,θ为方位数值,ed为目的地所在的方位数值,b表示偏离目标方向引起的效用损失参数且满足b>a>0。
(3)障碍物引起的方位距离效应函数
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其中,自变量θ为方位数值,d为正,表示邻近障碍物对当前行人的排斥作用参数,L为障碍物与当前行人的距离,r为空间点到行人的距离,最大为L。表示排斥作用随距离的变化模式。
(4)邻近陌生人引起的方位距离效用函数
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其中,自变量θ为方位数值,c为正,表示邻近行人对当前行人的吸引作用参数,L为陌生人到当前行人的距离,r为空间点到行人的距离,最大为L。
(5)邻近朋友的p*的方位距离效用函数
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其中,自变量θ为方位数值,c*为正的常数参数,表示邻近朋友对当前行人的吸引作用,L为p*到当前行人的距离,r为空间点到行人的距离,最大为L。
据此得出叠加之后的方位距离主观效用函数(ABF)表达式为:
f(θ,r)=fw(θ,r)=fd(θ,r)+fo(θ,r)+fp(θ,r)+fp*(θ,r)
由于方位距离主观效应函数f(θ,r)是关于θ,r的相互独立的函数,在求最大方位效应角度时,可把r当作常数,因此只需对f(θ,r)函数中θ求导,即可得到最大值,就是所求的最大方位效应的转向角度。
3 行人碰撞检测模型
3.1 行人碰撞检测筛选和预检测
从一般仿真系统碰撞检测的设计中可以看出,不仅仿真系统的实时性大大降低,而且计算机的系统资源也浪费不小。为了解决这个问题,本文在微观行人行走仿真模型的精确碰撞检测算法构建之前添加一个筛选机制。首先,介绍两个时钟周期,计算机仿真时间步长T1和碰撞筛选周期T2,T1为“决策—行动”周期,也就是仿真时间步长,计算机仿真时间步长一般设定在0.5s左右,T2为检测计算机仿真场景中所有行人是否发生碰撞的时间间隔。
系统设定:T2大于T1且T2=MT1(M>1);任意两个行人a和b之间的距离记为Sab,速度记为Vab,两者大小相接近。
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式中,mod为忽略余数的商值取整函数,如果m1小于M,则在m1个时间步长内不需要对实体a和b进行碰撞检测。如果m1大于M,则在m2个筛选周期内不需对实体a和b进行碰撞检测。
经过筛选后,在计算机仿真时间步长内,大大减少了需要进行碰撞检测的行人对数,实时性得到了很大的提高,系统资源占用也明显减少。
根据《中国成年人人体尺寸标准GB1000-88》,18岁～60岁成年男子的最大肩宽的95%分位数为46.9cm,胸厚的95%分位数为24.5cm,18岁～55岁的成年女子最大肩宽的95%分位数为43.8cm,身体厚度的95%分位数为23.9cm。为了更精确地描述行人的微观行为,本文将每个行人占用的平面空间[7]设定为50cm×30cm。
通过筛选后,在计算机仿真时间步长内检测的行人都是有可能发生碰撞的个体,但又不是肯定会发生碰撞,为此微观行人仿真系统碰撞检测模型设计了预检测过程。以行人a与行人b是否碰撞为例进行说明。在这里,为行人建立一个圆形包围盒,此包围盒外切于50cm×30cm的矩形包围盒,构成一个混合包围盒。首先进行预检测,即确定线段dAB和半径ra、rb的关系。有如下两种情况:
(1)dAB>ra+rb,则行人a与行人b不发生碰撞。
(2)dAB≤ra+rb,行人a与行人b有可能发生碰撞。
其中,A、B分别为行人a和行人b的中心点;dAB为两行人中心点之间的距离;ra、rb为行人a与行人b的半径,行人设置相同的尺寸,半径为undefinedcm。
若为第(1)种情况,则系统认为两行人未发生碰撞,所以本组行人不进入碰撞检测。若为第(2)种情况,则要进行精确检测过程。
3.2 精细碰撞检测
由于仿真系统中行人的运动是慢速运动,其自身的行人尺寸与其在计算机仿真时间步长时间间隔内运动距离的数量相当,因此,在这里将2行人下一步的冲突简单归结成下面两种:相交碰撞和同路碰撞[8],如图2所示。相交碰撞是指即将发生碰撞的2个行人其轨迹连接线的交点在其中一行人的轨迹连接线内;同路碰撞是指发生冲突的2个行人其轨迹连接线的交点在其中一个行人轨迹连接线段的延长线上。碰撞检测算法中,关键在于确定碰撞的阈值ξ,如果行人在下一仿真时间步长内运动的距离不超过阈值,即检测未发生碰撞,反之则会有碰撞。
3.3 行人精确碰撞检测算法步骤
结合经典包围盒法,设计了行人疏散仿真模型中精确碰撞检测步骤,如下所示。
第1步,计算当前仿真时间步长内当前行人与周围行人的距离并找出距离最近或碰撞威胁最大的行人;第2步,对威胁最大的行人做碰撞类型的判断;第3步,对碰撞阈值ξ进行计算;第4步,对行人采取如下调整,未达到其阈值,继续行进;达到其阈值,则采取避让措施。
(1)相交碰撞检测
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式中:vi(t)为行人i当前的行走速度(m/s);Δt为计算机仿真时间步长(s);dij为当前时间步长行人i的位置(A)与行人j的位置(C)之间距离;dij*为当前时间步长行人i位置(A)与下一仿真时间步长行人j(D)之间距离;a为AC与行人i速度方向之间的夹角;b为AD与行人i速度方向之间的夹角;c为AC与AD之间的夹角;rij为行人i与行人j半径之和;vj(t)为行人j当前的行走速度。
(2)同路碰撞检测
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式中:j位置的涵义与上述相见碰撞检测算法中的j位置涵义有所不同,这里的j位置指行人j在当前时间步长的位置与下一时间步长内距离i较近的一个位置;α为A*B*连线与行人i的速度方向之间的夹角。
3.4 行人碰撞避碰措施
当碰撞检测到后,行人会立马做出决策,在本文的决策中,选取了3种有效的避碰方法。(1)绕道:改变当前的期望行进方向,绕开当前冲突区域,从而避免碰撞发生。(2)原地停止或减慢速度:在他人通过之后自己再前行,或尾随他人慢慢前行,但速度方向不改变,从而避免碰撞。(3)加快速度:提升行走的速度,快速超过冲突区,从而避免碰撞,不改变速度方向。
4 实验与分析
4.1 室内人群疏散
以理工大学教学南楼403房间发生突发事故作为疏散模拟场景。房间面积20m×15m。房间内部设有统一样式的障碍物,障碍物长×宽×高为3m×0.5m×1.6m,随机摆放在房间各个位置,房间设有出口1个,宽度0.8m,设置在房间南侧中部。为减少计算量,未对其他障碍物等进行建模,房间布局如图3所示。
房间内设置70个行人,在微观仿真分析平台PTsim中,导入本文所构建的基于碰撞检测的邻域空间决策算法。图4为仿真应用之一:模拟人群在房间内的疏散场景,其中图4(a)为未构建碰撞检测算法的仿真效果图,可以明显看出其中行人体之间的交叠现象;而图4(b)为构建了碰撞检测算法的仿真效果图,在仿真效果中人群比较拥挤,但明显没有出现4(a)图中的行人交叠现象。因此,在行人疏散算法中引入碰撞检测能够完好地解决行人之间由于太靠近在下一时步就会碰撞到一起的情形。
4.2 碰撞检测对行人疏散时间的量化影响
将行人对障碍物、周边行人、目的地和碰撞检测的认知作用引入邻域决策算法中,建立了考虑碰撞检测作用的邻域决策疏散算法,并通过该算法分析构建碰撞检测对疏散时间的量化影响。从图5中可以看出,构建碰撞检测的疏散算法所需的疏散时间小于未构建碰撞检测的疏散算法所需的疏散时间,这是由于未构建碰撞检测算法时,行人全部同时涌向房间出口,当出口宽度为0.8m时,一个行人通过存在较大空余,而两个行人又无法同时通过,当行人无序涌向门口时,致使潜在的空间冲突更加频繁。当两个行人距离足够近时,引入碰撞检测算法,对于即将发生碰撞的行人对分别采取各种避碰措施,化解行人之间的空间冲突,行人就可以快速有序地通过出口,极大地节约了所需的疏散时间。
在疏散过程中,行人由于恐慌等因素而提高自身的期望速率,选择盲目地快速逃生,但是期望速率的提高并不会显著地缩短人群整体疏散时间,当速度达到一定程度甚至延长疏散时间。从图6可以看出,随着行人期望速率的增加,疏散时间先减少后增加。转折点大致位于3.0m/s处。当行人的期望速率超过3.0m/s,换言之,行人开始尝试以快速奔跑逃生时,总的疏散时间出现不减反增的现象。因此,本疏散算法可以找到最合适的疏散速度,可为室内应急灾害中行人疏散提供决策参考。
5 结束语
算法采用基于行人完整邻域空间决策的行人微观动作描述方法,不仅考虑了行人邻域内各种因素的影响,而且结合了基于经典包围盒的碰撞检测算法,妥善地解决了微观仿真应用中出现的行人交叠问题。本算法根据行人微观仿真平台开发中的实际需求,在阐述行人碰撞检测基本方法的基础上,分解出行人碰撞预检测和精细检测状态,构建了相应的适合行人的精细碰撞检测算法,并实际应用于计算机仿真系统,合理地描述了疏散仿真中行人的决策过程,提高了行人疏散效率。此算法同时对可以简化成矩形的智能体运动碰撞检测具有参考价值。
摘要：采用方位距离效应驱动行人的行走决策,并结合碰撞检测,构建一个适用于行人疏散的仿真算法。算法以经典的包围盒法为基本思路,首先经过预碰撞检测,然后再分解出交叉和同道两类精确碰撞类型,来检测行人之间是否发生碰撞。将该算法应用于计算机室内行人疏散仿真系统,有效地解决了疏散仿真过程中由于路线选择造成的行人交叠问题。
关键词：方位距离效应,包围盒,预碰撞,精确碰撞,单步决策
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汽车-行人碰撞 篇3
最近几年来, 虽然在交通事故中死亡的人员数量有一定程度的减少, 但仍有约几万人之多。与此同时, 交通事故会给经济造成一定的影响, 存在着不可避免的巨大损失。由此看来, 通过对汽车结构进行改造, 以加强汽车的安全性保障, 从而降低交通事故死亡率, 仍是当今汽车领域的重要研究方向。
一、行人碰撞保护研究的背景及意义
据近年来的数据显示, 在发生的碰撞事故中, 来自正面碰撞的事故约占总事故数量的一半, 但侧面碰撞事故只占25%, 追尾碰撞事故仅占22%[3]。由此可见, 在汽车碰撞事故中, 正面碰撞事故所占比例特别高, 应当引起高度重视。
当汽车与行人发生正面碰撞时, 行人理论上首先接触到的是汽车的前保险杠系统。因此, 为了尽可能地减少汽车与行人发生正面碰撞时行人所受到的伤害, 改善汽车前保险杠系统的结构应当成为汽车研发的重点之一。
作为发生正面碰撞时主要的承载构件和吸能构件之一, 汽车前保险杠的主要作用是:当汽车在低速行驶并且发生碰撞时, 减少对汽车其余部件的损害以及对车上乘员的伤害。所以, 为了起到这些作用, 汽车的前保险杠系统应该具有良好的缓冲以及吸能作用, 能够尽可能地将碰撞时产生的能量转化为汽车前保险杠的变形能。
除此之外, 提高汽车前保险杠的缓冲能力以及吸能能力, 可以极大地降低碰撞事故对车体的破坏, 并且可以节约因发生碰撞事故所产生的维修成本[4]。所以, 研究汽车前保险杠的碰撞吸能与缓冲特性, 探索汽车前保险杠系统的改进设计, 对我国汽车安全设计、行人保护都具有极大意义。
二、对于行人碰撞安全保护研究的具体阐述
(一) 基于低速碰撞的SUV前保险杠收缩系统的研究
当汽车以较低速度与行人发生碰撞时, 大部分的碰撞集中于前保险杠, 保险杠需要尽可能吸收碰撞产生的能量, 以减小冲击力对行人造成的伤害, 其次要降低车辆的核心零件的受损几率。也成为现阶段汽车保护技术研发必须经过的项目之一。此外相关的法律法规极技术支持也较为完善。
(二) 基于低速碰撞的SUV前保险杠收缩系统的保护对象
对于SUV等中型车型, 汽车与行人发生碰撞时, 行人的腿部会首先接触到汽车的前保险杠系统。因此, 在发生汽车与行人的碰撞时, 行人腿部将会直接受到汽车前保险杠对其的伤害。
除此之外, 据数据显示, 在汽车撞击行人事故中, 腿部伤害是此类事故中最常见的伤害形式。虽然有时严重的腿部伤害并不会致命, 但却很有可能会造成受害者丧失工作能力甚至造成终身残疾, 对受害者的身心都会造成极大的伤害。为此, 基于对行人保护而开展的汽车前保险杠收缩系统研究主要是为了尽可能地避免前保险杠系统对行人腿部造成严重伤害, 同时, 此汽车前保险杠收缩系统也可以降低碰撞对车体的损坏, 降低维修费用。
因此, 研究如何降低汽车前保险杠系统对行人腿部造成的伤害, 并探讨汽车前保险杠系统的改进措施, 提高其对行人腿部的保护能力是汽车前保险杠系统设计的不可忽略的部分, 其对增强我国汽车的安全设计以及促进我国汽车行业在世界汽车行业的发展有着重要作用。
三、基于行人碰撞保护下肢保护的SUV前保险杠收缩系统组建思路
(一) 系统的主要构成及安装
基于行人碰撞下肢保护的SUV前保险杠收缩系统, 包括前保险杠主体, 前保险杠主体内侧具有泡沫缓冲垫, 前保险杠主体内侧还设有阻尼减震结构以及压溃导向结构。压溃导向结构包括前部导轨、底部导轨与侧部导轨, 前部导轨安装于前保险杠主体正面内侧, 底部导轨安装于前保险杠主体底边内侧, 侧部导轨安装于前保险杠主体侧边内侧。阻尼减震结构包括正向阻尼器组与侧向阻尼器组, 正向阻尼器组装设于前部导轨上, 侧向阻尼器组装设于侧部导轨上。正向阻尼器组包括至少一对粘滞剪切阻尼器, 侧向阻尼器组包括至少一对液压阻尼器。前保险杠主体的正面内侧设有至少一对前部定位耳片, 粘滞剪切阻尼器一端固定于该前部定位耳片上, 其另一端固定于前部导轨上。前保险杠主体的侧边内侧分别设有侧部定位耳片, 液压阻尼器一端固定于该侧部定位耳片上, 其另一端固定于侧部导轨上。前保险杠主体的底边内侧设有至少一对底部定位耳片, 底部导轨一端固定于该底部定位耳片上, 其另一端与车架连接。
(二) 系统执行原理
当低速状态下汽车与行人发生碰撞时对于汽车而言首先接触的是前保险杠, 对于行人而言因SUV车型较高首先被接触的是下肢, 通过对最常撞击点分析, 在前保险杠主体内侧装设阻尼器和导轨, 其中因侧面碰撞有别于正面碰撞, 因此侧面每个导轨配有一个阻尼器, 正面导轨则配备两个主阻尼器。
在碰撞发生时, 根据碰撞的位置, 对应阻尼器进行一定程度的收缩, 保险杠沿着设定的导轨移动, 从而起到减震的作用, 碰撞完成之后, 阻尼器伸张, 保险杠沿着导轨复位。
(三) 系统优势
该系统优点在于, 该系统通过机械阻尼器和导轨的配合完成一定程度的被动保护, 结构简单, 安装方便, 成本较低, 极大减小了SUV等大中型车型在发生碰撞的第一时间内对行人下肢的伤害, 解决了在低速状态下对行人造成如骨折, 擦伤等非致命性伤害, 且尽最大可能的保护汽车保险杠不受损。
四、基于行人碰撞保护下肢保护的SUV前保险杠收缩系统执行方案
(一) 系统安装分析
基于行人碰撞下肢保护的SUV前保险杠收缩系统包括前保险杠主体, 前保险杠主体内侧具有泡沫缓冲垫, 前保险杠主体内侧还设有阻尼减震结构以及压溃导向结构。压溃导向结构包括前部导轨、底部导轨与侧部导轨, 前部导轨安装于前保险杠主体正面内侧, 底部导轨安装于前保险杠主体底边内侧, 侧部导轨安装于前保险杠主体侧边内侧。阻尼减震结构包括正向阻尼器组与侧向阻尼器组, 正向阻尼器组装设于前部导轨上, 侧向阻尼器组装设于侧部导轨上。正向阻尼器组包括至少一对粘滞剪切阻尼器。前保险杠主体正面内侧设有至少一对前部定位耳片, 粘滞剪切阻尼器一端固定于该前部定位耳片上, 其另一端固定于前部导轨上。侧向阻尼器组包括至少一对液压阻尼器。前保险杠主体的侧边内侧分别设有侧部定位耳片, 液压阻尼器一端固定于该侧部定位耳片上, 其另一端固定于侧部导轨上。前保险杠主体的底边内侧设有至少一对底部定位耳片, 底部导轨一端固定于该底部定位耳片上, 其另一端与车架连接。
当低速状态下汽车与行人发生碰撞时对于汽车而言首先接触的是前保险杠, 对于行人而言因SUV车型较高首先被接触的是下肢, 通过对最常撞击点分析, 在前保险杠主体内侧装设阻尼器和导轨, 其中因侧面碰撞有别于正面碰撞, 因此侧面每个导轨配有一个阻尼器, 正面导轨则配备两个主阻尼器。在碰撞发生时, 根据碰撞的位置, 对应的阻尼器进行一定程度的收缩, 保险杠沿着设定的导轨移动, 从而起到减震的作用, 碰撞完成之后, 阻尼器伸张, 保险杠沿着导轨复位。在保险杠的内部, 除了原车原有的压溃缓冲材料之外, 加装了阻尼减震器、并设计至少4个方向的收缩导轨。
(二) 本系统具体执行流程
基于行人碰撞保护下肢保护的SUV前保险杠收缩系统执行方案可分为以下4步:第一步:车辆与行人发生低速碰撞, 行人与保险杠首先接触。第二步:汽车保险杠受压, 力量直接传递到保险杠内部阻尼器。第三步:阻尼器收缩, 阻尼器按照设定导轨最大限度收缩, 起到减震作用。第四步, 碰撞结束, 阻尼器按照导轨方向回位。
五、结语
本文的研究点是SUV等大中形车型在低速状态下与行人发生碰撞时对行人的被动保护收缩系统, 随着行人保护法等相关法律的颁布, 行人被动保护日益受到重视, 现代SUV汽车的前保险杠设计要求就既满足对行人腿部等下肢的保护又要考虑尽可能降低汽车在碰撞过程中的受损程度, 减小维修费用。
摘要：随着可持续发展的战略逐渐受到很多行业的推广, 火力发电厂脱硫脱硝的措施逐渐纳入到可持续发展的战略中。火力发电厂的环保措施主要是针对脱硫脱硝措施进行展开, 所以火力发电厂的脱硫脱硝措施是火电厂可持续发展的关键。本篇文章主要是通过火力发电厂脱硫脱硝措施进行分析提出现在状况下存在的问题并且进一步提出解决的方法。
关键词：低速碰撞,前保险杠系统,行人下肢保护,SUV
参考文献
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