行人保护腿型碰撞器发展历程

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        汽车作为日常出行的重要交通工具越来越普及了,车辆和行人之间的矛盾也日益突出,行人作为弱势群体亟需保护,行人保**规因此形成。1994年全球第一个行人保护试验方法及碰撞模拟器EEVC WG10在欧洲的出现,在2003年出台了全球首个行人保**规,日本在2004年规定新车要安装行人保护装置。

        在汽车撞击行人的碰撞事故中,腿部主要损伤有:骨盆损伤、大腿损伤(股骨骨折)、小腿骨折(胫骨骨折、腓骨骨折)及膝关节损伤(包括股骨骨节骨折、胫骨骨节骨折、髌骨骨折及膝关节韧带撕裂),如图所示。 

一、TRL刚性腿阶段

        在行人生物学损伤的研究基础上英国TRL(Transport Research Laboratory)开发了行人保护腿型碰撞器-刚性腿型TRL,该冲击器将胫骨(tibia)和股骨(femur)采用刚性材料,膝部韧带采用钢板连接,在伤害指标上有三个指标,主要集中在膝盖部分,分别是胫骨上端加速度a、膝部弯曲角度bend angle和膝部剪切位移shear displacement。

        随着对行人安全性研究的深入,研究人员发现TRL刚性腿仅在膝盖区域可以较好的反映出行人腿部伤害,没有考虑到胫骨所受到弯曲的影响,不能完全反映行人被撞击后的胫骨区域的伤害情况,在测量伤害值时存在一定局限性。

二、Flex-PLI柔性腿阶段

        2000年日本首先提出了柔性腿型的研究,2002年研发了新的腿部冲击器-Flex-PLI柔性腿。该模型腿骨由股骨骨节、胫骨月牙板、弹簧和张紧的钢丝绳4部分组成,弹簧和钢丝绳用于模拟韧带,具有良好的柔韧性,在撞击过程中Flex-PLI可以根据各阶段的受力情况,股骨和胫骨的变形情况,能够可以很好的反映行人腿部伤害。

        Flex-PLI柔性腿评分指标是胫骨上端的加速度a,四个胫骨弯矩即上部弯矩、中上部、中下部、下部弯矩(Tibia-4Moment),3个膝部韧带位移量(内侧侧副韧带MCL,前十字韧带ACL和后十字韧带PCL elongation)。

        柔性腿Flex-PLI可以更加真实的反映行人腿部受到撞击后的伤害,在2014年E-NCAP行人保护试验规程开始采用Flex-PLI柔性腿代替TRL刚性腿,C-NCAP2018版行人保护试验规程也采用了Flex-PLI柔性腿型冲击器。 

三、aPLI腿型阶段

        人体与车辆碰撞时,上肢的运动会影响腿部运动,FlexPLI柔性腿缺少替代上肢运动的模块,不能充分模拟下肢的损伤。APLI腿型在研究中加入代表上肢运动的模块,以此来提高生物仿真度,在近期公布的2021版C-NCAP征求意见稿中明确了C-NCAP法规行人保护腿型测试采用aPLI腿型。

        和FlexPLI腿型相比, APLI模型的外形与人体更为接近,并且调整了各部位质量分布。通过与完整人体假人伤害值对比,APLI较FlexPLI的生物仿真度有明显提高,尤其对于股骨和MCL的改进尤其显著。

        APLI腿型最大的变化是在上部增加了质量块,并且该质量块可以旋转,这就要求我们在进行车辆前端设计时进行刚度匹配:前端上部和下部分别支撑腿型的上部和下部,且刚度应当相似,以此来减少弯矩。 APLI的重量大于FlexPLI,动能更大,这就要求保险杠需要预留更大的变形空间。通常情况下SUV车型使用APLI腿型进行测试时得分明显高于“尖头车”。

        综上,行人保护测试使用的腿型经过了三次大调整,生物仿真度不断提升,对损伤的模拟精度也更高。与此同时,对车辆前端结构的工程设计要求也更为严苛,法规的变化甚至会影响车辆的外观造型。为了能够更好的保护弱势群体,让我们紧跟法规步伐,共同努力吧。

汽车
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首次发布时间:2020-05-22
最近编辑:2年前
遥远
硕士 | 主任工程师 专注汽车行人保护
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