基于行人aPLI腿型的車輛應對策略

劉琦 郝海舟

摘要：本文主要探討了如何通過車輛的前部造型和結構等設計改善aPLI柔性腿型的試驗結果，如何保證aPLI腿型碰撞后的姿態。具體針對不同車型，在腿型的支撐位置、支撐強度等方面，介紹了主要的設計思路和應對策略。

關鍵詞：行人aPLI腿型;吸能;造型;結構;姿態

1引言

在行人與車輛的碰撞事故中，對頭部、腿部的保護的是目前行人法規和評價體系的重點關注內容。腿型沖擊器從老到新有TRL-LFI剛性、FlexPLI柔性和aPLI腿型。FlexPLI腿型增加了對股骨和脛骨的考核，改良膝部結構。aPLI增加了上部質量塊，改變了膝部和肌肉部分結構，使沖擊過程更符合實際，目前的B版本改良了上部質量塊的翻轉特性。aPLI-B腿型，對車輛的造型和內部結構設計都提出了新的要求。

2腿型傷害指標

2.1碰撞事故損傷機理

行人腿部與車輛前部接觸，沖擊力主要由其前部結構的支撐位反作用到腿部。當腿部由于沖擊力產生超過極限變形時，將產生破壞損傷，主要包括股骨骨折、膝關節韌帶斷裂、脛骨和腓骨骨折等。

2.2aPLI腿型結構和傷害考核指標

aPLI腿型由上部質量塊、股骨、膝蓋、脛骨、肌肉和皮膚等組成。見圖1，考核指標為股骨彎矩（F1、F2、F3）、膝部韌帶拉伸量（MCL、ACL、PCL）、脛骨彎矩（T1、T2、T3、T4）。

由此看出，腿部事故損傷與腿型指標基本對應，指標都和腿型變形有關，最需要關注的就是如何減少腿型各部位的彎曲，并保證各部位彎曲度在限值范圍。

3車輛支撐

3.1支撐位置

見圖2，車輛前部相對于腿型通常主要有上、中、下三個主要的支撐位置，支撐位與基準平面的高度分別用H1～H3表示，支撐位與防撞橫梁前端的縱向水平距離分別用L1～L3來表示：

1）上部為及發動機罩前緣：H1高度通常為630～950mm，L1距離通常為-60～95mm。

2）中部為前保險杠橫梁及其吸能泡沫：H2高度通常為445～520mm，L2距離通常為40～130mm。

3）下部為前保險杠下護板和小腿副橫梁：H3高度通常為206～390mm，L3距離通常為-55～140mm。

一般情況下，上中下部支撐位置，大致對應腿型的股骨、膝部和脛骨。

3.2支撐強度

上部支撐位置部件：前保塑料件、發動機罩、車燈、電動車的前端充電口、特意添加的保險杠上格柵橫梁等。

中部支撐位置部件：前保塑料件、保險杠橫梁及小偏置碰撞和MPDB附加結構，其前端吸能泡沫或薄鈑金吸能結構，部分傳感器支架、喇叭支架等。

下部支撐位置部件：前保塑料件、前保下護板、小腿副橫梁。

可改變各部件的材質、材料、結構等調節其支撐強度。如上部調節前保與發罩分縫線位置，中部由各種吸能材料及吸能空間搭配，下部改變前保下護板的結構、小腿副橫梁選用金屬或塑料等均可調節支撐強度。

4腿型姿態和車輛應對策略

4.1腿型沖擊過程

1）接觸階段：腿型包裹車輛前端造型，上部支撐在大腿位置，由于上部質量塊和大腿上部的慣性作用，導致股骨彎曲;中部支撐在膝部位置，膝部上下的共同作用，導致膝部MCL彎曲。脛骨與車輛下部支撐接觸，在小腿下部的慣性作用下，脛骨發生彎曲。

2）吸能階段：腿型沖擊能量消耗上中下部的能量吸收空間，在這個過程中，由于各部位剛度不同，吸能空間大小不同，腿型受到的反作用力也不相同，使腿型在這個狀態的最終姿態也不同。

3）反彈階段：由于上中下部支撐材料和腿型本身彎曲后的反彈，各部位與腿型逐漸脫離接觸。腿型重新變直，甚至反向彎曲，直至與車身脫離。

4.2車輛應對策略

通常，車輛的高度決定了腿型的大致運動方式和應對策略，支撐位置和支撐強度會改變腿型在碰撞過程中的姿態，從而改變腿型各部位彎曲程度。保證前兩個階段腿型更直，從而第三個階段，腿型也會減小反向彎曲程度。

1）對跑車、轎車、小型SUV：aPLI上部相對很大的質量導致更難反彈，這三類車上部支撐很難達到腿型上部質量塊重心位置，最終會在腿型反彈階段下部相對上部反彈程度更大更快，導致腿型整體向上掀起。由于最終下部反彈更大，為了保證腿型前后姿態的一致性，減小彎曲，需要在接觸和吸能階段，讓腿型上部和中部更多的向車輛后方運動。

可在車輛造型時，使得L3>L2>L1;加大L3，使車輛下部更前，并在脛骨彎矩允許的范圍內增大下部支撐強度;加大L2，使防撞橫梁更靠后，并在一定范圍內減弱中部支撐強度，使膝部有更多的空間沖向車輛后方;提高H1，減小L1，減弱上部支撐強度，使腿型上部獲得更多支撐，但同時保證吸能階段腿型姿態。這樣的腿型姿態，可減少反彈能量，并使得更多的沖擊能量由腿型運動方向改變而耗散，降低各支撐吸能性的要求。

2）對于中大型SUV：上部支撐能對aPLI上部質量塊形成支撐，腿型最終向車前反向彈回。因此，需要保持腿型在沖擊過程中保持豎直，并且由于腿型最終反向彈回，車輛本身需要很好的吸能性能。

可加大L1、L2、L3，增大吸能空間，提高上中下三個支撐位的吸能性能;調整上中下支撐位吸能性，保證接觸和吸能階段腿型豎直姿態;調整H1，使對腿型上部支撐更精準;降低H3，加強下部支撐，減小脛骨彎矩和腿型整體彎曲程度。

5結束語

本文介紹了行人腿型，探討了aPLI腿型考核指標與車輛支撐位置的關系，由此提出相應的車型應對策略。

實際設計中，可不局限與三個支撐位置，由于車型的不同，如缺少對應的支撐位，可通過上下副橫梁等方式增加。由于aPLI相對與FlexPLI腿型沖擊位置降低50mm，應考慮車型相應的H2和H3高度分別對膝部和脛骨的有效支撐性。

在車輛側向離中心越遠，由于水平方向斜度更大，部分腿型沖擊能量轉化為側向動能或其旋轉動能，導致各部分彎屈變小。

參考文獻

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