淺談汽車行人保護鉸鏈設(shè)計

伏騰飛　鮑翔　鄧瑜

【摘? 要】汽車與行人碰撞過程中的行人保護問題一直是汽車安全技術(shù)發(fā)展的一個重要課題。根據(jù)國內(nèi)外行人保護法規(guī)要求及行人保護技術(shù)的研究現(xiàn)狀，以汽車被動安全性為研究對象，介紹了保險杠行人保護技術(shù)、發(fā)動機罩行人保護技術(shù)、行人保護氣囊及其他行人保護技術(shù)。隨著技術(shù)的不斷進步，我國將越來越重視行人安全保護技術(shù)。本文探討的是發(fā)動機罩行人保護技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】行人保護;發(fā)動機罩行人保護技術(shù);行人保護鉸鏈

行人保護技術(shù)研究現(xiàn)狀：

目前行人保護技術(shù)在國內(nèi)屬于剛起步階段，其應用車型較少，汽車普遍率不高，在國內(nèi)車輛和行人碰撞事故中，行人小腿處傷害較高，致殘率居高不下，其頭部撞擊引擎蓋和擋風玻璃上致死率很高，面對當前的嚴峻形勢，行人保護技術(shù)在國內(nèi)應用普及勢在必行。

目前行人保護技術(shù)主要分為，行人保護氣囊和行人保護鉸鏈，其中鉸鏈是固定在引擎蓋兩端，和舉升器、線束、控制系統(tǒng)、傳感器組成舉升系統(tǒng)，用以保護行人安全，本文主說明的是行人保護中的鉸鏈。

發(fā)動機罩抬升技術(shù)：

當車輛失控或行人躥出發(fā)生行人車輛撞擊導致傷亡，其中撞擊過程中先是車輛前端撞擊行人小腿處，導致行人身體傾斜其頭部撞擊在引擎蓋上，由于引擎蓋下方和發(fā)動機之間間隙較小，頭部撞擊時引擎蓋發(fā)生變形和發(fā)動機硬接觸，導致頭部傷害增加，其致死率最高。

為了更好的保護行人，引擎蓋兩端的鉸鏈采用主動式鉸鏈，在和行人發(fā)生碰撞的瞬間，通過汽車前端傳感器把信號傳遞給ECU控制器，ECU來控制器發(fā)出信號，使舉升器舉升一定高度，使主動式多連桿鉸鏈發(fā)生機構(gòu)運動，通過主動式鉸鏈系統(tǒng)最終引擎蓋抬升一定高度，這樣行人頭部在碰撞引擎蓋上后，有足夠的變形量，使頭部撞擊能夠有效的緩沖，從而減少頭部傷害，達到保護行人的效果，其中引擎蓋在鉸鏈的作用下抬升高度對假人損傷值參考下表。

從此表可以得出，要使HIC值<1000（注：以上參數(shù)基于某主機廠轎車仿真分析得出，僅供參考）。

1、兒童區(qū)域潰縮空間至少為75mm;

2、成人區(qū)域潰縮空間至少為85mm;

鉸鏈技術(shù)簡介：

行人保護發(fā)動機罩頂起依據(jù)驅(qū)動方式可分為：氣囊驅(qū)動、彈簧驅(qū)動、氣體發(fā)生器驅(qū)動、火藥驅(qū)動、馬達驅(qū)動、高壓氣體驅(qū)動、其他，其中氣囊式優(yōu)點是穩(wěn)定緩震，缺點是成本太高，國內(nèi)技術(shù)不太成熟;彈簧式優(yōu)點是價格便宜，結(jié)構(gòu)簡單，缺點是體積較大速度慢;火藥式優(yōu)點彈起速度最快，缺點是價格高，對機構(gòu)強度要求高;馬達式優(yōu)點是頂起時穩(wěn)定，缺點是布置困難，邊界條件要求高;高壓氣體式優(yōu)點是可以重復利用，缺點是速度不夠。

依據(jù)彈升裝置機構(gòu)方式區(qū)分：二連桿、四連桿、四連桿曲柄滑塊式、多連桿、其他方式，其中兩連桿式優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單成本低，缺點是支撐性不足;四連桿和四連桿曲柄滑塊式優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，易于加工，客戶接受程度高;多連桿式優(yōu)點是力平衡較佳，缺點是結(jié)構(gòu)復雜成本高。通過市場調(diào)研，目前市場上主要驅(qū)動方式為氣體發(fā)生器驅(qū)動，彈升裝置為鉸鏈形式本研究主要談以上兩點。

鉸鏈形式有5連桿、4連桿以及多連桿形式（參考圖一），其中4連桿居多。其做動行程范圍在50-100mm不等，鉸鏈上采用橡膠套進行機構(gòu)間的緩沖，進行噪音消除。機構(gòu)自鎖結(jié)構(gòu)通過掛鉤卷簧自鎖（圖一前兩張圖），還有鉚釘鉚接自鎖三連桿結(jié)構(gòu)（圖一第三張圖）。發(fā)動機罩彈起后支撐功能可分為多連桿機構(gòu)支撐（圖一第一張），背部棘輪彈簧支撐（圖一第三張）不具備支撐功能（圖一第二張），其單個重量在1kg左右。

鉸鏈結(jié)構(gòu)力計算：鉸鏈旋轉(zhuǎn)軸承受力（發(fā)動機罩頂起時鉸鏈旋轉(zhuǎn)軸承受力）

1）鉸鏈處沒有頭型沖擊時

發(fā)動機罩質(zhì)量m一般在15kg左右，假設(shè)發(fā)罩的中心在發(fā)罩總長度的1/3～2/3之間，按照上述公式計算F2=mgxS1/（S1+S2）=50N ～100N。

（2）鉸鏈處有頭型沖擊時

沖量定理 F沖t=m頭v??? m=4.5kg??? v=40km/h=11.11m/s

t=0.01s???????? 帶入公式F=5000N? F=F+F/2

所以F約為5025N ～5050N

舉升力計算：F推

假設(shè)???? 發(fā)罩質(zhì)量?????? m=15kg

發(fā)罩的長度???? l=0.98m

發(fā)罩抬升高度?? h=0.08m

抬升時間?????? t=0.03s

發(fā)動機罩在彈起時，其運動軌跡是繞定軸轉(zhuǎn)動，所以其轉(zhuǎn)動慣量為：

Jz=1/3*m*l=0.33*15*0.98=4.75kgm2

Jz*ω=（Fl-Gl/2）*t

動能定理：

Fh-Gh/2=0.5* Jz* ω

綜上，F(xiàn)=2Jh/tl+G/2=955N（hook脫開的舉升力）

要保證掛鉤脫開后到30ms這段時間發(fā)生器動作的力值曲線的值大于955N。

鉸鏈布置時考量因素：

1、發(fā)動機罩在舉升過程中，要通過運動模擬校核發(fā)動機罩前端和汽車前格柵是否干涉。

2、發(fā)動機罩在舉升過程中，要通過運動模擬校核發(fā)動機罩前端鎖扣在X方向上是否有空間干涉，一般左右預留10mm間隙。

3、通過運動模擬在滿足系統(tǒng)要求高度的前提下，鉸鏈結(jié)構(gòu)要求具有限位結(jié)構(gòu)。

4、如發(fā)動機罩存在液壓支撐桿還要校核液壓撐的位置，模擬其運動軌跡，防止其阻礙發(fā)動機罩抬升運動。

結(jié)論：

行人保護鉸鏈抬升技術(shù)的應用可以有效的減少行人的傷害程度。分析了鉸鏈機構(gòu)的幾種形式及幾種形式的優(yōu)缺點，以及發(fā)動機罩在頭部沖擊時鉸鏈承受力的基本算法，對現(xiàn)在市場上一般配備舉升鉸鏈的車型分析，總結(jié)了鉸鏈舉升力值的算法，為鉸鏈設(shè)計提供了參考性建議。