前言

基于中國交通事故深入研究CIDAS項(xiàng)目數(shù)據(jù)，從2011年至2020年4月的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)來看，我國各種類型的道路交通事故中，行人受傷的比例達(dá)到46%，嚴(yán)重受傷乃至死亡的比例達(dá)到了16%，如圖 1所示。對(duì)事故中行人嚴(yán)重受傷的統(tǒng)計(jì)中發(fā)現(xiàn)，人體受傷的部分主要為頭部、胸部、下肢，下肢受傷占比達(dá)到了16%，如圖 2所示，也因此有必要研究汽車對(duì)行人碰撞事故中對(duì)下肢的保護(hù)。

圖 1交通事故中行人受傷程度占比（來源：2011-2020.4 CIDAS統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)）

圖 2 行人嚴(yán)重受傷身體各部位受傷占比（來源：2011-2020.4 CIDAS統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)）


當(dāng)前國內(nèi)外行人保護(hù)法規(guī)對(duì)于行人的腿部受到汽車碰撞均有相關(guān)的要求。根據(jù)法規(guī)的發(fā)展趨勢(shì)看，對(duì)腿部的保護(hù)的要求也是越來越高，Euro-NCAP對(duì)行人腿部考察的得分占比也將在2022年由當(dāng)前的1/3提高至1/2；國內(nèi)C-NCAP法規(guī)則將占比由當(dāng)前1/5提高至1/3。

為了在車型開發(fā)中更好地保護(hù)行人，前期預(yù)研中提出相應(yīng)的方案，本文以轎車為例，介紹了采用LS-OPT進(jìn)行腿部保護(hù)的方案設(shè)計(jì)的方法。

模型搭建

行人腿部碰撞與車輛前端造型高度相關(guān)，特別是車輛前端結(jié)構(gòu)較強(qiáng)的部件，如發(fā)動(dòng)機(jī)罩、防撞梁、前保下部支撐等部件。在車型開發(fā)前期對(duì)這些支撐部件的位置進(jìn)行合理控制是必要的。本文將基于LS-OPT軟對(duì)這些支撐部件的位置進(jìn)行尋優(yōu)分析。

為了方便分析，去除前保蒙皮等對(duì)行人腿部作用相對(duì)較小的部件，在模型中僅保留發(fā)動(dòng)機(jī)罩及其周邊部件、防撞梁及前保緩沖泡沫、前保下部支撐等部件，使這些相關(guān)部件相對(duì)獨(dú)立，如圖 3。

圖 3 行人腿部優(yōu)化分析簡化模型

在現(xiàn)行的相關(guān)法規(guī)中，行人腿部碰撞試驗(yàn)主要采用柔性腿型，采集的相關(guān)數(shù)據(jù)為脛骨彎矩（T1~T4）和韌帶伸長量（MCL/ACL/PCL[1]）。C-NCAP法規(guī)要求各參數(shù)指標(biāo)如表 1所示，其中，為減小行人腿部受車輛碰撞后的傷害，要求各參數(shù)須達(dá)到高性能限值。

注：[1] MCL為內(nèi)側(cè)副韌帶伸長量，ACL為前交叉韌帶伸長量，PCL為后交叉韌帶伸長量。

假設(shè)某轎車車型防撞梁和前保下支撐距地面高度分別為460 mm和250 mm，同時(shí)受到造型的約束，發(fā)動(dòng)機(jī)罩和前保下支撐僅能在一定范圍內(nèi)調(diào)整，如表 2所示。相關(guān)調(diào)整參數(shù)見圖 4標(biāo)識(shí)。



圖 4 車型各支撐位置標(biāo)識(shí)

結(jié)果分析

采用LS-OPT軟件對(duì)上述簡化模型進(jìn)行分析。軟件在尋優(yōu)過程中，各變量散布的空間點(diǎn)如圖 5所示，可以判斷在該車型條件下，將前保下支撐往車輛前端移動(dòng)能對(duì)行人腿部起到的保護(hù)，而發(fā)動(dòng)機(jī)罩的位置在基礎(chǔ)模型往前、往上移動(dòng)有利于行人腿部的保護(hù)。圖 6給出了各個(gè)考察指標(biāo)在3個(gè)變量下的數(shù)值，圖中藍(lán)色實(shí)線則為本例分析中滿足要求的參數(shù)。


圖 5 各變量空間分布

圖 6 各變量及計(jì)算結(jié)果（單位：長度-mm，質(zhì)量-ton，時(shí)間-s）

由于簡化模型與整車分析可能存在差異，且柔性腿型仿真與試驗(yàn)可能存在差異，在仿真分析中通常需要預(yù)留一定的余量。圖 7為各個(gè)考察指標(biāo)預(yù)留一定余量后的結(jié)果分布，由于約束條件相對(duì)嚴(yán)苛，剩余的可行變量空間進(jìn)一步縮小。同時(shí)可以看出，在本例中前保下支撐往前移動(dòng)、發(fā)動(dòng)機(jī)罩往前往上移動(dòng)更加有利于行人腿部的保護(hù)。


圖 7 預(yù)留余量后各變量及計(jì)算結(jié)果

由于約束空間的影響，本例中的結(jié)論尚不能推及所有轎車車型，實(shí)際需根據(jù)不同車型的造型風(fēng)格、約束條件進(jìn)行分析。

小結(jié)

本文描述了一種在轎車車型開發(fā)前期，對(duì)行人腿部碰撞的優(yōu)化分析方法。在造型、布置等約束下的設(shè)計(jì)空間內(nèi)，對(duì)關(guān)鍵影響因素進(jìn)行參數(shù)化分析，在滿足考核指標(biāo)的前提下進(jìn)行參數(shù)尋優(yōu)，獲得的相關(guān)數(shù)據(jù)可在車型開發(fā)前期對(duì)造型進(jìn)行一定約束。該方法有助于在項(xiàng)目整車分析乃至試驗(yàn)階段中，減少對(duì)相關(guān)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，從而減少人力的投入。

由于國外內(nèi)法規(guī)的與時(shí)俱進(jìn)，不斷發(fā)展，腿型沖擊器也將進(jìn)行不斷發(fā)展變更，以更好模擬真實(shí)人體的下肢。在法規(guī)更迭變換中，采用該方法可更好理解腿型沖擊器與車輛前端關(guān)鍵部件的位置關(guān)系，從而造出對(duì)行人更為友好的好車。