基于行人aPLI腿型的車輛應(yīng)對(duì)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(jié)構(gòu)等設(shè)計(jì)改善aPLI柔性腿型的試驗(yàn)結(jié)果，如何保證aPLI腿型碰撞后的姿態(tài)。具體針對(duì)不同車型，在腿型的支撐位置、支撐強(qiáng)度等方面，介紹了主要的設(shè)計(jì)思路和應(yīng)對(duì)策略。

關(guān)鍵詞：行人aPLI腿型;吸能;造型;結(jié)構(gòu);姿態(tài)

1引言

在行人與車輛的碰撞事故中，對(duì)頭部、腿部的保護(hù)的是目前行人法規(guī)和評(píng)價(jià)體系的重點(diǎn)關(guān)注內(nèi)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(duì)股骨和脛骨的考核，改良膝部結(jié)構(gòu)。aPLI增加了上部質(zhì)量塊，改變了膝部和肌肉部分結(jié)構(gòu)，使沖擊過程更符合實(shí)際，目前的B版本改良了上部質(zhì)量塊的翻轉(zhuǎn)特性。aPLI-B腿型，對(duì)車輛的造型和內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)都提出了新的要求。

2腿型傷害指標(biāo)

2.1碰撞事故損傷機(jī)理

行人腿部與車輛前部接觸，沖擊力主要由其前部結(jié)構(gòu)的支撐位反作用到腿部。當(dāng)腿部由于沖擊力產(chǎn)生超過極限變形時(shí)，將產(chǎn)生破壞損傷，主要包括股骨骨折、膝關(guān)節(jié)韌帶斷裂、脛骨和腓骨骨折等。

2.2aPLI腿型結(jié)構(gòu)和傷害考核指標(biāo)

aPLI腿型由上部質(zhì)量塊、股骨、膝蓋、脛骨、肌肉和皮膚等組成。見圖1，考核指標(biāo)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(biāo)基本對(duì)應(yīng)，指標(biāo)都和腿型變形有關(guān)，最需要關(guān)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(duì)于腿型通常主要有上、中、下三個(gè)主要的支撐位置，支撐位與基準(zhǔn)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(lái)表示：

1）上部為及發(fā)動(dòng)機(jī)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(xiǎn)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(xiǎn)杠下護(hù)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(duì)應(yīng)腿型的股骨、膝部和脛骨。

3.2支撐強(qiáng)度

上部支撐位置部件：前保塑料件、發(fā)動(dòng)機(jī)罩、車燈、電動(dòng)車的前端充電口、特意添加的保險(xiǎn)杠上格柵橫梁等。

中部支撐位置部件：前保塑料件、保險(xiǎn)杠橫梁及小偏置碰撞和MPDB附加結(jié)構(gòu)，其前端吸能泡沫或薄鈑金吸能結(jié)構(gòu)，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(hù)板、小腿副橫梁。

可改變各部件的材質(zhì)、材料、結(jié)構(gòu)等調(diào)節(jié)其支撐強(qiáng)度。如上部調(diào)節(jié)前保與發(fā)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(hù)板的結(jié)構(gòu)、小腿副橫梁選用金屬或塑料等均可調(diào)節(jié)支撐強(qiáng)度。

4腿型姿態(tài)和車輛應(yīng)對(duì)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(zhì)量塊和大腿上部的慣性作用，導(dǎo)致股骨彎曲;中部支撐在膝部位置，膝部上下的共同作用，導(dǎo)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(fā)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(gè)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(gè)狀態(tài)的最終姿態(tài)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(yīng)對(duì)策略

通常，車輛的高度決定了腿型的大致運(yùn)動(dòng)方式和應(yīng)對(duì)策略，支撐位置和支撐強(qiáng)度會(huì)改變腿型在碰撞過程中的姿態(tài)，從而改變腿型各部位彎曲程度。保證前兩個(gè)階段腿型更直，從而第三個(gè)階段，腿型也會(huì)減小反向彎曲程度。

1）對(duì)跑車、轎車、小型SUV：aPLI上部相對(duì)很大的質(zhì)量導(dǎo)致更難反彈，這三類車上部支撐很難達(dá)到腿型上部質(zhì)量塊重心位置，最終會(huì)在腿型反彈階段下部相對(duì)上部反彈程度更大更快，導(dǎo)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(tài)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(yùn)動(dòng)。

可在車輛造型時(shí)，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(nèi)增大下部支撐強(qiáng)度;加大L2，使防撞橫梁更靠后，并在一定范圍內(nèi)減弱中部支撐強(qiáng)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(qiáng)度，使腿型上部獲得更多支撐，但同時(shí)保證吸能階段腿型姿態(tài)。這樣的腿型姿態(tài)，可減少反彈能量，并使得更多的沖擊能量由腿型運(yùn)動(dòng)方向改變而耗散，降低各支撐吸能性的要求。

2）對(duì)于中大型SUV：上部支撐能對(duì)aPLI上部質(zhì)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(gè)支撐位的吸能性能;調(diào)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(tài);調(diào)整H1，使對(duì)腿型上部支撐更精準(zhǔn);降低H3，加強(qiáng)下部支撐，減小脛骨彎矩和腿型整體彎曲程度。

5結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了行人腿型，探討了aPLI腿型考核指標(biāo)與車輛支撐位置的關(guān)系，由此提出相應(yīng)的車型應(yīng)對(duì)策略。

實(shí)際設(shè)計(jì)中，可不局限與三個(gè)支撐位置，由于車型的不同，如缺少對(duì)應(yīng)的支撐位，可通過上下副橫梁等方式增加。由于aPLI相對(duì)與FlexPLI腿型沖擊位置降低50mm，應(yīng)考慮車型相應(yīng)的H2和H3高度分別對(duì)膝部和脛骨的有效支撐性。

在車輛側(cè)向離中心越遠(yuǎn)，由于水平方向斜度更大，部分腿型沖擊能量轉(zhuǎn)化為側(cè)向動(dòng)能或其旋轉(zhuǎn)動(dòng)能，導(dǎo)致各部分彎屈變小。

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