基于Flex—PLI腿型開發(fā)無吸能件車輛的可行性探討

趙東輝++王菊++禹慧麗++崔泰松++趙會

摘 要：Flex-PLI腿型正逐步被各類行人保護法規(guī)和標準采用，F(xiàn)lex-PLI腿型較TRL-LFI腿型的評價指標發(fā)生了較大變化，不再考察腿型加速度等指標，這為在不影響腿部性能的前提下取消車輛腿部吸能件提供了可能性。以部分長安車型為例，對比多款車輛在有吸能件和無吸能件情況下的腿部性能差異，論述無吸能件車輛開發(fā)的可行性，并闡述了無吸能件車輛存在的問題，為相關車型開發(fā)提供了參考。

關鍵詞：行人保護；下肢沖擊器；吸能結(jié)構(gòu)；Flex-PLI

中圖分類號：U461.91文獻標文獻標識碼：A文獻標DOI：10.3969/j.issn.2095-1469.2016.01.10

世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，在道路交通中弱勢道路使用者占總死亡人數(shù)的50%，其中行人占總死亡人數(shù)的22%，而中國由于混合式交通狀況嚴重，行人往往受到更大威脅[1]。在車撞行人的事故中，行人下肢及膝蓋作為第一碰撞接觸位置，受傷幾率分別高達52%和8.9%，且通常受傷嚴重，極易導致腿部的長期殘疾[2-3]。因此，多國行人保護法規(guī)均已將車輛對行人下肢及膝部的保護情況納入了考察范圍。

目前，行人保護法規(guī)和標準中使用的評價腿型主要為以下兩種：第一種為歐盟EC 78/2009法規(guī)[4]及全球技術(shù)法規(guī)GTR 9[5]所使用的TRL-LFI腿型；第二種為聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟委員會UNECE R127法規(guī)[6]及歐洲新車評價規(guī)程 Euro NCAP[7]所使用的Flex-PLI腿型。由于Flex-PLI腿型能夠更好地表現(xiàn)行人下肢的生物力學性能，正逐步取代TRL-LFI腿型[8]。腿型的替代使相應的評價指標也發(fā)生了變化，以UNECE R127法規(guī)為例，其在2014年7月將TRL-LFI腿型替換為Flex-PLI腿型，替換前后的評價指標見表1。

TRL-LFI腿型和Flex-PLI腿型的傷害指標在評價方法上的不同，使兩者在相應車輛設計上也沒有必然的等同性，F(xiàn)lex-PLI腿型對保險杠蒙皮及格柵后部的剛度一致性提出了更高的要求[9]。從這一觀點出發(fā)，取消車輛中部吸能件，避免中部出現(xiàn)剛度集中，會使保險杠及蒙皮形成更好的剛度一致性。如果該假設成立，則可在降低車輛制造成本的同時提高腿部保護性能，這對車輛的開發(fā)有著重要的意義。

本文以長安某款B級車、某款C級車以及某款SUV共三款車為例，參照UNECE R127法規(guī)要求，對比了取消中部吸能件前后車輛腿部保護性能的變化情況。

1 分析模型介紹

1.1 Flex-PLI模型介紹

本文所使用的Flex-PLI有限元模型為首美安全公司研發(fā)的2.0.2版本。該有限元模型總長928 mm，主要由四大部分組成：大腿、膝蓋、小腿、皮膚及肌肉組織，四個模塊的質(zhì)量分別為2.411 kg、4.187 kg、2.669 kg、3.723 kg，總質(zhì)量共13.04 kg，具體如圖1所示。

該有限元模型共30個傳感器，其中包含3個股骨彎矩傳感器，4個脛骨彎矩傳感器，以及4個膝蓋韌帶拉伸量傳感器。股骨彎矩傳感器從膝蓋方向開始向上依次是femur-1、femur-2、femur-3，每個間隔80 mm；脛骨彎矩傳感器從膝蓋方向向下依次是tibia-1、tibia-2、tibia-3、tibia-4，每個間隔同樣為80 mm；韌帶拉伸量傳感器分別是內(nèi)側(cè)韌帶拉長量（MCL）、外側(cè)韌帶拉長量（LCL）、前韌帶拉長量（ACL）、后韌帶拉長量（PCL），具體如圖2所示。

1.2 車輛模型建立

本文所使用的有限元模型截取自整車模型，模型A柱后端結(jié)構(gòu)均刪除，僅保留車輛前部相關結(jié)構(gòu)，以減小計算耗時。模型中白車身建模所使用的網(wǎng)格尺寸為8 mm；對碰撞結(jié)果影響較大的零部件，如保險杠總成、大燈總成、霧燈總成、發(fā)動機艙底部護板等均采用5 mm的網(wǎng)格尺寸建模。

模型后端采用*BOUNDARY_SPC_NODE關鍵字進行六自由度約束，并通過*LOAD_BODY_Z關鍵字增加全局重力作用。FLEX-PLI腿型下端距地面75 mm，初始速度設置為11.1 m/s，方向為+X向。FLEX-PLI腿型與車體前部結(jié)構(gòu)之間設置面-面自動接觸定義，且將動、靜摩擦系數(shù)均設置為0.3。圖3所示為三款車型所對應的仿真分析模型。

2 取消吸能件前后分析結(jié)果對比

本文研究的三款車型涉及不同級別，吸能件材料涵蓋泡沫材料及塑料材料，樣本覆蓋范圍較廣。以下為各車型基于UNECE R127法規(guī)的分析結(jié)果對比。

2.1 B級車輛

該B級車腿部碰撞區(qū)域范圍為Y=-364 mm至Y=+364 mm，吸能件材料為泡沫，吸能件結(jié)構(gòu)及其安裝位置如圖4所示。表2和表3分別為該車裝有吸能件和取消吸能件狀態(tài)下的分析結(jié)果。

對比分析結(jié)果可知：該B級車在取消吸能件后，所有碰撞位置的內(nèi)側(cè)韌帶拉長量（MCL）及后韌帶拉長量（PCL）均下降；脛骨彎矩及前韌帶拉長量（ACL）除碰撞區(qū)域邊界位置（Y=-364 mm）小幅上升外，其余均下降。取消吸能件后的分析結(jié)果可滿足UNECE R127法規(guī)要求，且整體性能優(yōu)于有吸能件狀態(tài)。

2.2 C級車輛

該C級車腿部碰撞區(qū)域范圍為Y=-392 mm至Y=+392 mm，吸能件材料為泡沫，吸能件結(jié)構(gòu)及其安裝位置如圖5所示。表4和表5分別為該車在裝有吸能件和取消吸能件狀態(tài)下的分析結(jié)果。

對比分析結(jié)果可知：該C級車在取消吸能件后，碰撞邊界位置（Y=-392 mm）的評價指標小幅上升，其余位置的脛骨彎矩、后韌帶拉長量（PCL）及前韌帶拉長量（ACL）均下降，內(nèi)側(cè)韌帶拉長量（MCL）無明顯的規(guī)律性變化。該車取消吸能件后的分析結(jié)果可滿足UNECE R127法規(guī)要求。

2.3 SUV車輛

該SUV腿部碰撞區(qū)域范圍為Y=-420 mm至Y=+420 mm，吸能件材料為塑料，吸能件結(jié)構(gòu)及其安裝位置如圖6所示。表6和表7分別為該車在裝有吸能件和取消吸能件狀態(tài)下的分析結(jié)果。

對比分析結(jié)果可知：該SUV在取消吸能件后，所有碰撞位置的內(nèi)側(cè)韌帶拉長量（MCL）及后韌帶拉長量（PCL）均下降；脛骨彎矩及前韌帶拉長量（ACL）除碰撞區(qū)域邊界位置（Y=-420 mm）未下降外，其余均下降。取消吸能件后的分析結(jié)果可滿足UNECE R127法規(guī)要求，且整體性能優(yōu)于有吸能件狀態(tài)。

綜上所述，三款不同級別車型，在取消吸能件后均可滿足UNECE R127法規(guī)要求，且腿部保護性能無明顯下降，甚至局部性能還有所提升。這對在不影響車輛性能的前提下，降低車輛成本有著重要的意義。

3 結(jié)論

本文通過對比三款不同級別車輛在取消吸能件前后的腿部性能變化情況，得出如下結(jié)論：

（1）在無吸能件的前提下，開發(fā)滿足UNECE R127法規(guī)要求的車輛是可行的。

（2）部分車型取消吸能件會導致碰撞區(qū)域邊界位置的腿部保護性能小幅下降，可根據(jù)車輛實際情況在該區(qū)域保留局部吸能件。

目前由于試驗條件的欠缺，尚未針對上述結(jié)論進行試驗驗證，在后續(xù)的研究中，會進一步用試驗來檢驗該結(jié)論。

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Abstract：At present， the flexible pedestrian legform impactor（Flex-PLI） is phased in by different pedestrian protection regulations and standards. Comparing with the TRL-LFI， the evaluation index of FLEX-PLI has changed greatly by ignoring acceleration index， which provides the possibility to remove the energy-absorbing part on the vehicle without affecting the performance of legform impactor. This paper took several Chang'an cars as examples， compared the different leg performances with or without the energy-absorbing part and discussed the feasibility of developing cars without the energy absorbing part as well as the resulting problems， providing a reference for the related vehicle development.

Keywords：pedestrian protection； legform impactor； absorbing energy structure； Flex-PLI