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先進(jìn)行人保護(hù)腿型aPLI應(yīng)用與車輛開發(fā)應(yīng)對(duì)

2021-09-12 22:02:13·  來源：達(dá)安之聲  
　
3 aPLI腿型運(yùn)動(dòng)傷害特征
aPLI比Flex-PLI重了近一倍（從13.2kg到24.5kg），并且分布在上部，aPLI腿型改進(jìn)特性直接產(chǎn)生不同于Flex-PLI腿型碰撞運(yùn)動(dòng)姿態(tài)和傷害特征。目前測(cè)試中車型全部存在對(duì)aPLI腿型上部和下部支撐不足的情況，腿部變形姿態(tài)C字型更為明顯，傷害更加顯著，如圖7（a）、（b）、（c）、（d）所示。
 
 
 
 
圖7 aPLI與Flex-PLI仿真與試驗(yàn)運(yùn)動(dòng)姿態(tài)對(duì)比
 
aPLI腿型相比于Flex-PLI質(zhì)心更高，仿真結(jié)果顯示，轎車與SUV對(duì)測(cè)試腿型的傷害值較高。轎車相比于SUV離地間隙較低，對(duì)上體質(zhì)量塊無法起到有效支撐作用，腿部變形姿態(tài)C字型更為明顯，傷害更為嚴(yán)重，尤其是股骨彎矩和膝部韌帶伸長(zhǎng)量PCL、MCL，見圖8。
 
 
圖8 aPLI分別與轎車和SUV碰撞運(yùn)動(dòng)姿態(tài)
長(zhǎng)城汽車對(duì)多款SUV車型進(jìn)行碰撞性能模擬分析，如圖9所示，aPLI的傷害指標(biāo)普遍大于Flex-PLI，其中股骨彎矩大2-3倍，膝部韌帶伸長(zhǎng)量大2-2.5倍，脛骨彎矩大2-3倍（除脛骨下部彎矩外），aPLI腿型的各項(xiàng)傷害指標(biāo)較Flex- PLI均有大幅提高。
 
 
圖9 SUV車型對(duì)aPLI與Flex- PLI傷害對(duì)比（依次：股骨--韌帶--脛骨）
E-NCAP基于ISO aPLI TG工作組要求測(cè)試中，aPLI腿型測(cè)試數(shù)據(jù)結(jié)果明顯高于Flex-PLI腿型，見表1 E-NCAP測(cè)試數(shù)據(jù)。
 
表1 E-NCAP測(cè)試數(shù)據(jù)
 
 
 
表中：
股骨彎矩：F3、F2、F1-Femur bending moment
脛骨彎矩：T1、T2、T3、T4- Tibia bending moment
內(nèi)側(cè)副韌帶：MCL -Medial Collateral Ligament
前交叉韌帶：ACL- Anterior Cruciate Ligament
后交叉韌帶：PCL-Posterior Cruciate Ligament
沖擊方向加速度：Acc.
 
綜合以上試驗(yàn)及仿真數(shù)據(jù)對(duì)比分析，不難發(fā)現(xiàn)aPLI相比Flex-PLI傷害特征如下：
  • 傷害指標(biāo)較普遍高于Flex- PLI腿型；
  • 股骨的中部彎矩最容易超出限值，脛骨上部彎矩最容易超出限值；
  • MCL基本都大于下限值25mm，易超限值要求；
  • 所有車型的PCL遠(yuǎn)大于ACL，如按照2021版CNCAP評(píng)價(jià)體系PCL超過限值將導(dǎo)致MCL無法得分。
4 aPLI腿型碰撞分析及開發(fā)應(yīng)對(duì)
碰撞過程中對(duì)于aPLI腿型接觸形態(tài)可簡(jiǎn)化為上、中、下三條碰撞力傳遞路徑：上部傳遞路徑是發(fā)動(dòng)機(jī)罩前緣；中部傳遞路徑是前防撞梁及碰撞吸能塊；下部傳遞路徑是下部或小腿支撐結(jié)構(gòu)，如圖10（a）、（b）所示。
 
 
圖10 aPLI碰撞力傳遞路徑
aPLI腿型上部增加了質(zhì)量塊，總重達(dá)24.5kg，且繞著鉸接點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，結(jié)合腿型C字型運(yùn)動(dòng)姿態(tài)及碰撞力傳遞特征，要想降低腿型傷害值測(cè)試中需要發(fā)動(dòng)機(jī)罩前緣支撐住腿型上部質(zhì)量塊的X向運(yùn)動(dòng)；腿型下部需要在接觸時(shí)就被小腿支撐件支撐住以減小向車尾運(yùn)動(dòng)；腿型中間部分需要變形吸能空間，平行運(yùn)動(dòng)。碰撞中aPLI下部和中間部分應(yīng)避免產(chǎn)生較大彎曲變形，以減小脛骨彎矩，理想運(yùn)動(dòng)姿態(tài)是股骨和脛骨以平動(dòng)的方式完成碰撞過程。
基于行人保護(hù)腿部碰撞開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，車輛前端支撐結(jié)構(gòu)的特性對(duì)腿型碰撞影響情況，目前開發(fā)中通常把車輛前部機(jī)構(gòu)主要?dú)w納為6個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，如圖11所示。
 
 
圖11 車輛前端幾何特征示意圖
 
圖中：
L1：發(fā)動(dòng)機(jī)罩前緣與防撞橫梁X向距離、L2：前保蒙皮與防撞橫梁X向距離、L3：小腿支撐與防撞梁X向距離、H1：發(fā)動(dòng)機(jī)罩前緣離地高度、H2：防撞橫梁中心離地高度H3：小腿支撐離地高度
aPLI傷害仿真分析統(tǒng)計(jì)表明，影響行人腿部碰撞傷害的主要結(jié)構(gòu)件包括：前保險(xiǎn)杠（吸能盒、橫梁等）、發(fā)動(dòng)機(jī)罩前緣、小腿支撐件等。
對(duì)股骨彎曲影響重要程度依次為：發(fā)罩前緣高度（H1）、發(fā)動(dòng)機(jī)罩前緣與防撞橫梁X向距離（L1）、小腿支撐與防撞橫梁X向距離（L3）；提高H1、縮短L1能夠有效降低大腿彎矩。
對(duì)韌帶伸長(zhǎng)量影響顯著程度依次為：前保險(xiǎn)杠吸能空間（L2）、小腿支撐和發(fā)動(dòng)機(jī)罩前緣到防撞橫梁的X向距離（L3、L1）；增大L2、L3可以有效降低韌帶伸長(zhǎng)量。
對(duì)脛骨彎曲影響顯著程度依次為：小腿支撐與防撞橫梁X向距離（L3）、小腿支撐的離地高度（H3）和前保險(xiǎn)杠吸能空間（L2）；增加L3、L2和降低H3可以有效降低小腿彎矩。
 
總結(jié)：
針對(duì)aPLI腿型運(yùn)動(dòng)姿態(tài)及傷害特征，車輛開發(fā)應(yīng)對(duì)主要涉及到造型設(shè)計(jì)、空間布置、結(jié)構(gòu)優(yōu)化三方面。
造型設(shè)計(jì)階段，車輛前端造型風(fēng)格是行人保護(hù)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵；通過優(yōu)化前保造型，控制保險(xiǎn)杠角從而縮小試驗(yàn)區(qū)域，一定程度上避免測(cè)試風(fēng)險(xiǎn)。轎車姿態(tài)較低，無法對(duì)aPLI腿型上部質(zhì)量塊起到有效的支撐作用，前端垂直的造型面不利于aPLI腿型開發(fā)，前端下部突出的造型，下部更早接觸腿型，能夠改變腿部運(yùn)動(dòng)姿態(tài)。
空間布置上aPLI由于自重較大、動(dòng)能更大，需要保險(xiǎn)杠吸收更多能量和足夠的變形空間，應(yīng)改善前防撞橫梁吸能空間，增加膝部侵入量；新能源車輛前端電器件在碰撞中阻礙腿部變形，形成硬點(diǎn)，布置上應(yīng)盡量錯(cuò)開腿部碰撞點(diǎn)或更改安裝方式采用易變形連接件。
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)車輛造型和空間的差異，對(duì)上、中、下腿腿支撐點(diǎn)的剛度進(jìn)行合理匹配，全局平衡大腿彎矩、小腿彎矩及膝部韌帶伸長(zhǎng)量的傷害程度。
另外，aPLI腿型車輛開發(fā)應(yīng)對(duì)要兼顧造型與空氣動(dòng)力學(xué)、結(jié)構(gòu)件抗彎、抗扭性能等。新的碰撞工況也對(duì)防撞橫梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了更高的要求（MPDB、25%小偏置碰撞等），同時(shí)增加了aPLI腿型開發(fā)應(yīng)對(duì)難度。aPLI腿型與Flex-PLI腿型相同車型測(cè)試結(jié)果差異較大，針對(duì)不同的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)和程序，車輛開發(fā)需同時(shí)考慮兩種腿型傷害情況。
 
參考文獻(xiàn)：
[1]劉衛(wèi)國，呂曉江，孫立志等.國外行人柔性腿型沖擊器的發(fā)展及現(xiàn)狀．汽車工程學(xué)報(bào). 2014年11月.第4 卷 第6 期：455-459.
[2]劉衛(wèi)國，呂曉江，谷先廣等.基于Euro-NCAP 評(píng)價(jià)規(guī)程行人柔性腿型碰撞試驗(yàn). 汽車安全與節(jié)能學(xué)報(bào).2015年. 第6 卷 第2 期.128-133.
[3]周孔亢. 人車碰撞中行人保護(hù)問題初探. 拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)輸車. 2007 年4 月.第34卷第2期.9-17.
[4]崔淑娟，郝海舟，趙清江等.針對(duì)FLEX-PLI 腿型沖擊試驗(yàn)的行人保護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì). 汽車工程學(xué)報(bào).2017年7月.第8卷 第4期：281-286.
[5]會(huì)議資料.2019年汽車行人保護(hù)國際研討會(huì).會(huì)議.青島.2019.11.28．
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