刘琦 郝海舟

摘要：本文主要探讨了如何通过车辆的前部造型和结构等设计改善aPLI柔性腿型的试验结果，如何保证aPLI腿型碰撞后的姿态。具体针对不同车型，在腿型的支撑位置、支撑强度等方面，介绍了主要的设计思路和应对策略。

关键词：行人aPLI腿型;吸能;造型;结构;姿态

1引言

在行人与车辆的碰撞事故中，对头部、腿部的保护的是目前行人法规和评价体系的重点关注内容。腿型冲击器从老到新有TRL-LFI刚性、FlexPLI柔性和aPLI腿型。FlexPLI腿型增加了对股骨和胫骨的考核，改良膝部结构。aPLI增加了上部质量块，改变了膝部和肌肉部分结构，使冲击过程更符合实际，目前的B版本改良了上部质量块的翻转特性。aPLI-B腿型，对车辆的造型和内部结构设计都提出了新的要求。

2腿型伤害指标

2.1碰撞事故损伤机理

行人腿部与车辆前部接触，冲击力主要由其前部结构的支撑位反作用到腿部。当腿部由于冲击力产生超过极限变形时，将产生破坏损伤，主要包括股骨骨折、膝关节韧带断裂、胫骨和腓骨骨折等。

2.2aPLI腿型结构和伤害考核指标

aPLI腿型由上部质量块、股骨、膝盖、胫骨、肌肉和皮肤等组成。见图1，考核指标为股骨弯矩（F1、F2、F3）、膝部韧带拉伸量（MCL、ACL、PCL）、胫骨弯矩（T1、T2、T3、T4）。

由此看出，腿部事故损伤与腿型指标基本对应，指标都和腿型变形有关，最需要关注的就是如何减少腿型各部位的弯曲，并保证各部位弯曲度在限值范围。

3车辆支撑

3.1支撑位置

见图2，车辆前部相对于腿型通常主要有上、中、下三个主要的支撑位置，支撑位与基准平面的高度分别用H1～H3表示，支撑位与防撞横梁前端的纵向水平距离分别用L1～L3来表示：

1）上部为及发动机罩前缘：H1高度通常为630～950mm，L1距离通常为-60～95mm。

2）中部为前保险杠横梁及其吸能泡沫：H2高度通常为445～520mm，L2距离通常为40～130mm。

3）下部为前保险杠下护板和小腿副横梁：H3高度通常为206～390mm，L3距离通常为-55～140mm。

一般情况下，上中下部支撑位置，大致对应腿型的股骨、膝部和胫骨。

3.2支撑强度

上部支撑位置部件：前保塑料件、发动机罩、车灯、电动车的前端充电口、特意添加的保险杠上格栅横梁等。

中部支撐位置部件：前保塑料件、保险杠横梁及小偏置碰撞和MPDB附加结构，其前端吸能泡沫或薄钣金吸能结构，部分传感器支架、喇叭支架等。

下部支撑位置部件：前保塑料件、前保下护板、小腿副横梁。

可改变各部件的材质、材料、结构等调节其支撑强度。如上部调节前保与发罩分缝线位置，中部由各种吸能材料及吸能空间搭配，下部改变前保下护板的结构、小腿副横梁选用金属或塑料等均可调节支撑强度。

4腿型姿态和车辆应对策略

4.1腿型冲击过程

1）接触阶段：腿型包裹车辆前端造型，上部支撑在大腿位置，由于上部质量块和大腿上部的惯性作用，导致股骨弯曲;中部支撑在膝部位置，膝部上下的共同作用，导致膝部MCL弯曲。胫骨与车辆下部支撑接触，在小腿下部的惯性作用下，胫骨发生弯曲。

2）吸能阶段：腿型冲击能量消耗上中下部的能量吸收空间，在这个过程中，由于各部位刚度不同，吸能空间大小不同，腿型受到的反作用力也不相同，使腿型在这个状态的最终姿态也不同。

3）反弹阶段：由于上中下部支撑材料和腿型本身弯曲后的反弹，各部位与腿型逐渐脱离接触。腿型重新变直，甚至反向弯曲，直至与车身脱离。

4.2车辆应对策略

通常，车辆的高度决定了腿型的大致运动方式和应对策略，支撑位置和支撑强度会改变腿型在碰撞过程中的姿态，从而改变腿型各部位弯曲程度。保证前两个阶段腿型更直，从而第三个阶段，腿型也会减小反向弯曲程度。

1）对跑车、轿车、小型SUV：aPLI上部相对很大的质量导致更难反弹，这三类车上部支撑很难达到腿型上部质量块重心位置，最终会在腿型反弹阶段下部相对上部反弹程度更大更快，导致腿型整体向上掀起。由于最终下部反弹更大，为了保证腿型前后姿态的一致性，减小弯曲，需要在接触和吸能阶段，让腿型上部和中部更多的向车辆后方运动。

可在车辆造型时，使得L3>L2>L1;加大L3，使车辆下部更前，并在胫骨弯矩允许的范围内增大下部支撑强度;加大L2，使防撞横梁更靠后，并在一定范围内减弱中部支撑强度，使膝部有更多的空间冲向车辆后方;提高H1，减小L1，减弱上部支撑强度，使腿型上部获得更多支撑，但同时保证吸能阶段腿型姿态。这样的腿型姿态，可减少反弹能量，并使得更多的冲击能量由腿型运动方向改变而耗散，降低各支撑吸能性的要求。

2）对于中大型SUV：上部支撑能对aPLI上部质量块形成支撑，腿型最终向车前反向弹回。因此，需要保持腿型在冲击过程中保持竖直，并且由于腿型最终反向弹回，车辆本身需要很好的吸能性能。

可加大L1、L2、L3，增大吸能空间，提高上中下三个支撑位的吸能性能;调整上中下支撑位吸能性，保证接触和吸能阶段腿型竖直姿态;调整H1，使对腿型上部支撑更精准;降低H3，加强下部支撑，减小胫骨弯矩和腿型整体弯曲程度。

5结束语

本文介绍了行人腿型，探讨了aPLI腿型考核指标与车辆支撑位置的关系，由此提出相应的车型应对策略。

实际设计中，可不局限与三个支撑位置，由于车型的不同，如缺少对应的支撑位，可通过上下副横梁等方式增加。由于aPLI相对与FlexPLI腿型冲击位置降低50mm，应考虑车型相应的H2和H3高度分别对膝部和胫骨的有效支撑性。

在车辆侧向离中心越远，由于水平方向斜度更大，部分腿型冲击能量转化为侧向动能或其旋转动能，导致各部分弯屈变小。

参考文献

[1]第二届行人保护国际研讨会会议资料，2019

[2]陈琳，刘宏达，余承成，楼植杨，张慧云.先进行人保护腿型aPLI应用与车辆开发应对.汽车技术，2021（3）

[3]杨瑞，曹建骁，毕腾飞.行人保护aPLI腿型试验性能研究.汽车技术，2021（4）