01、行人保護的背景及法規(guī)
交通事故面前，生命薄如蟬翼。
由于行人直接暴露于各種交通環(huán)境中，在汽車交通事故中往往受到的傷害最嚴重，我國道路的死亡人數(shù)也一直維持在10萬人左右，而行人的死亡率是駕乘人員的9倍，且28%為無過失死亡，基于上述原因，加強安全措施以保護弱勢行人已被列入全球各大重要市場對汽車制造商的標準要求，各種涉及行人保護的汽車安全法規(guī)相繼出臺。

2003年歐洲新車評價規(guī)程（EuroNCAP）和澳大利亞新車評價規(guī)程（ANCAP）將行人碰撞保護加入新車評價規(guī)程，2004年，JNCAP將行人頭部碰撞納入新車評價規(guī)范，2018年7月，行人保護將被正式納入C-NCAP評價規(guī)范。

02、交通事故中人體傷害分布
交通事故中，人體各部位損傷幾率如圖 1所示，各部位中頭部（33.4%）、胸部（14.4%）和四肢（42.6%）的損傷幾率較高，其中下肢的損傷幾率為 (29.1%)，僅次于頭部。頭部和胸部損傷是造成行人或乘員死亡的主要原因，下肢損傷盡管通常不會直接危及生命，卻是使人致殘的主要因素，且康復(fù)周期長，將會給傷者和社會帶來沉重的負擔(dān)。因此，對行人下肢的保護是汽車安全及損傷防護的重要環(huán)節(jié)之一。

圖1 交通事故中人體各部位損傷幾率

在行人與汽車的碰撞事故中，下肢的主要損傷方式有：骨盆損傷、大腿損傷（股骨骨折）、小腿損傷（脛骨骨折、腓骨骨折）及膝關(guān)節(jié)損傷（包括股骨骨節(jié)骨折、脛骨骨節(jié)骨折、髕骨骨折及膝關(guān)節(jié)韌帶撕裂），如圖2所示。

圖2 行人下肢主要損傷類型

03、行人下肢結(jié)構(gòu)及傷害機理
行人下肢結(jié)構(gòu)主要由股骨，膝關(guān)節(jié)，脛骨及包括其上的肌肉組成。
行人下肢結(jié)構(gòu)中，股骨、脛骨和膝部是最容易受傷的重要部位。股骨和脛骨是下肢支撐結(jié)構(gòu)的主要構(gòu)成，而膝關(guān)節(jié)內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，多條韌帶交織于關(guān)節(jié)腔內(nèi)，連接骨骼和肌肉，上述部位功能的喪失會嚴重影響人的站立和行走功能。圖3所示為膝關(guān)節(jié)的數(shù)學(xué)模型及解剖示意圖，前十字韌帶（ACL）、后十字韌帶(PCL)、內(nèi)側(cè)副韌帶(MCL)和外側(cè)副韌帶(LCL)是膝部主要的韌帶，也是較易受傷的膝關(guān)節(jié)軟組織。

    圖3 膝關(guān)節(jié)數(shù)學(xué)模型及解剖示意圖
行人碰撞事故中，碰撞產(chǎn)生的力作用在皮膚、肌肉、韌帶、骨骼等部位。一旦相應(yīng)部位的受力超過限值，就會造成骨折、韌帶斷裂、肌肉損傷等傷害。當(dāng)碰撞產(chǎn)生的彎矩導(dǎo)致腿骨所受應(yīng)力超出股骨和脛骨強度極限時，就會發(fā)生骨折，如圖4所示，因此，行人碰撞器需充分考慮腿部的彎曲變形，并且能夠測量碰撞過程中腿部的彎曲應(yīng)力或所受到的彎矩，才能更為有效地評價行人腿部的受傷程度。

圖4 脛骨，腓骨骨折示意圖
對于膝部，當(dāng)碰撞發(fā)生時，行人上下腿先后接觸車輛，從而導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)受到較大的剪切作用力，進而拉伸韌帶；另外，行人與車輛發(fā)生正面碰撞后，膝關(guān)節(jié)的彎曲方向與其自由運動方向相反，導(dǎo)致韌帶承受巨大的拉力。當(dāng)韌帶的拉伸應(yīng)力超過其強度時就會導(dǎo)致韌帶斷裂，如圖5所示。因此，對行人碰撞器的膝部應(yīng)有特殊設(shè)計，以測定碰撞過程中，膝關(guān)節(jié)的彎曲角度、剪切位移，進而依據(jù)生物力學(xué)特性，評價行人膝部的受傷程度。

圖5 膝部韌帶撕裂示意圖

04、腿型沖擊器發(fā)展
各國評價車輛對行人下肢保護性能的最直接評價方法就是用腿型沖擊器撞擊車輛來模擬車輛撞行人的行為。 2003年，歐洲率先使用TRL-LFI腿型（如圖6）沖擊器作為下肢沖擊器，通過測量膝關(guān)節(jié)剪切位移、膝關(guān)節(jié)彎曲角度和脛骨上端加速度來評價車型前部結(jié)構(gòu)對行人下肢的保護性能，但是由于TRL腿型沖擊器采用剛性管柱模擬人體骨骼，剛度過大、脛骨和股骨部分在撞擊中不能變形，很難有效模擬腿部變形。

圖6 TRL沖擊器示意圖

2002年，JARI和JAMA開始共同研究與人體生物力學(xué)特性更為接近的柔性腿型沖擊器(FLEX-PLI, FLEX Pedestrian Legform Impactor)，經(jīng)多次討論與改進，F(xiàn)LEX-PLI最終定型。2013年開始，日本法規(guī)和JNCAP均采用了FLEX-PLI作為行人腿型沖擊器。EuroNCAP行人保碰撞護評價也于2014年起使用FLEX-PLI替代TRL-LFI作為行人腿型沖擊器。
在設(shè)計方式上FLEX-PLI整體采用了可變性的彈性體而TRL-LFI則采用了部分可變形的剛性體。圖7所示兩種腿型沖擊器與人體腿部結(jié)構(gòu)的對比?？梢?，F(xiàn)LEX-PLI具有更多的柔性可變形關(guān)節(jié)，且具有更多的骨骼測量通道和膝部韌帶測量通道。

圖7 FLEX-PLI與TRL-LFI結(jié)構(gòu)示意圖

05、FLEX-PLI標定
柔性腿作為計量設(shè)備，為保證計量結(jié)果的精度，法規(guī)規(guī)定也需要定期進行標定。
5.1.1標定時，環(huán)境溫度應(yīng)為 20℃±2℃，將包裹好肌肉和皮膚的下腿型自由懸掛在設(shè)備上，見圖8；

圖8 下腿型動態(tài)沖擊標定

5.1.2直線導(dǎo)向的蜂窩鋁沖擊器以 11.1m/s±0.2m/s 的速度沖擊自由懸掛的 FLEX-PLI；
5.1.3蜂窩鋁表面覆蓋厚度不超過 1mm 薄紙衣；
5.1.4、蜂窩鋁沖擊器第一接觸時刻起 10ms 內(nèi)，腿型應(yīng)處于自由飛行狀態(tài)；
5.1.5蜂窩鋁寬 200mm±5mm，高 160mm±5mm，厚 60mm±2mm，其壓潰強度為0.517×（1±10%）Mpa。蜂窩鋁蜂窩尺寸為6.35mm 或4.76mm，密度分別為為36.8kg/m3 或32 kg/m3。5.1.6蜂窩鋁上邊緣與直線導(dǎo)向沖擊器剛性板在一條直線上。第一接觸時刻蜂窩鋁上邊緣與膝部中心線在一條直線上，垂直誤差±2mm。沖擊試驗前蜂窩鋁不應(yīng)變形；
5.1.7 第一接觸時刻，F(xiàn)LEX-PLI 側(cè)傾角（繞Y 軸旋轉(zhuǎn)）和蜂窩鋁沖擊器速度矢量在車輛橫向垂直平面內(nèi)的偏差為±2°。FLEX-PLI 俯仰角（繞X 軸旋轉(zhuǎn)）和蜂窩鋁沖擊器的俯仰角在車輛縱向垂直平面的偏差為±2°。FLEX-PLI 偏航角（繞Z 軸旋轉(zhuǎn)）和蜂窩鋁沖擊器速度矢量偏航角偏差為±2°。

06、總結(jié)

作為國內(nèi)領(lǐng)先的安全試驗室的重要組成部分，上汽行人保護試驗室擁有先進的試驗臺架，可完成行人保護試驗和零部件沖擊試驗。試驗臺可以實現(xiàn)X/Y/Z三軸的自由移動，同時主塔可進行180°的旋轉(zhuǎn)，通過更換沖擊模塊實現(xiàn)不同功能的測試能力。同時，自主開發(fā)了FLEX-PLI柔性腿的標定設(shè)備。為自主品牌車輛360度全方位安全提供了測試和開發(fā)的試驗平臺。 、