趙東輝++王菊++禹慧麗++崔泰松++趙會(huì)

摘 要：Flex-PLI腿型正逐步被各類行人保護(hù)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)采用，F(xiàn)lex-PLI腿型較TRL-LFI腿型的評(píng)價(jià)指標(biāo)發(fā)生了較大變化，不再考察腿型加速度等指標(biāo)，這為在不影響腿部性能的前提下取消車輛腿部吸能件提供了可能性。以部分長(zhǎng)安車型為例，對(duì)比多款車輛在有吸能件和無(wú)吸能件情況下的腿部性能差異，論述無(wú)吸能件車輛開發(fā)的可行性，并闡述了無(wú)吸能件車輛存在的問(wèn)題，為相關(guān)車型開發(fā)提供了參考。

關(guān)鍵詞：行人保護(hù)；下肢沖擊器；吸能結(jié)構(gòu)；Flex-PLI

中圖分類號(hào)：U461.91文獻(xiàn)標(biāo)文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文獻(xiàn)標(biāo)DOI：10.3969/j.issn.2095-1469.2016.01.10

世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，在道路交通中弱勢(shì)道路使用者占總死亡人數(shù)的50%，其中行人占總死亡人數(shù)的22%，而中國(guó)由于混合式交通狀況嚴(yán)重，行人往往受到更大威脅[1]。在車撞行人的事故中，行人下肢及膝蓋作為第一碰撞接觸位置，受傷幾率分別高達(dá)52%和8.9%，且通常受傷嚴(yán)重，極易導(dǎo)致腿部的長(zhǎng)期殘疾[2-3]。因此，多國(guó)行人保護(hù)法規(guī)均已將車輛對(duì)行人下肢及膝部的保護(hù)情況納入了考察范圍。

目前，行人保護(hù)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)中使用的評(píng)價(jià)腿型主要為以下兩種：第一種為歐盟EC 78/2009法規(guī)[4]及全球技術(shù)法規(guī)GTR 9[5]所使用的TRL-LFI腿型；第二種為聯(lián)合國(guó)歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)UNECE R127法規(guī)[6]及歐洲新車評(píng)價(jià)規(guī)程 Euro NCAP[7]所使用的Flex-PLI腿型。由于Flex-PLI腿型能夠更好地表現(xiàn)行人下肢的生物力學(xué)性能，正逐步取代TRL-LFI腿型[8]。腿型的替代使相應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)也發(fā)生了變化，以UNECE R127法規(guī)為例，其在2014年7月將TRL-LFI腿型替換為Flex-PLI腿型，替換前后的評(píng)價(jià)指標(biāo)見表1。

TRL-LFI腿型和Flex-PLI腿型的傷害指標(biāo)在評(píng)價(jià)方法上的不同，使兩者在相應(yīng)車輛設(shè)計(jì)上也沒有必然的等同性，F(xiàn)lex-PLI腿型對(duì)保險(xiǎn)杠蒙皮及格柵后部的剛度一致性提出了更高的要求[9]。從這一觀點(diǎn)出發(fā)，取消車輛中部吸能件，避免中部出現(xiàn)剛度集中，會(huì)使保險(xiǎn)杠及蒙皮形成更好的剛度一致性。如果該假設(shè)成立，則可在降低車輛制造成本的同時(shí)提高腿部保護(hù)性能，這對(duì)車輛的開發(fā)有著重要的意義。

本文以長(zhǎng)安某款B級(jí)車、某款C級(jí)車以及某款SUV共三款車為例，參照UNECE R127法規(guī)要求，對(duì)比了取消中部吸能件前后車輛腿部保護(hù)性能的變化情況。

1 分析模型介紹

1.1 Flex-PLI模型介紹

本文所使用的Flex-PLI有限元模型為首美安全公司研發(fā)的2.0.2版本。該有限元模型總長(zhǎng)928 mm，主要由四大部分組成：大腿、膝蓋、小腿、皮膚及肌肉組織，四個(gè)模塊的質(zhì)量分別為2.411 kg、4.187 kg、2.669 kg、3.723 kg，總質(zhì)量共13.04 kg，具體如圖1所示。

該有限元模型共30個(gè)傳感器，其中包含3個(gè)股骨彎矩傳感器，4個(gè)脛骨彎矩傳感器，以及4個(gè)膝蓋韌帶拉伸量傳感器。股骨彎矩傳感器從膝蓋方向開始向上依次是femur-1、femur-2、femur-3，每個(gè)間隔80 mm；脛骨彎矩傳感器從膝蓋方向向下依次是tibia-1、tibia-2、tibia-3、tibia-4，每個(gè)間隔同樣為80 mm；韌帶拉伸量傳感器分別是內(nèi)側(cè)韌帶拉長(zhǎng)量（MCL）、外側(cè)韌帶拉長(zhǎng)量（LCL）、前韌帶拉長(zhǎng)量（ACL）、后韌帶拉長(zhǎng)量（PCL），具體如圖2所示。

1.2 車輛模型建立

本文所使用的有限元模型截取自整車模型，模型A柱后端結(jié)構(gòu)均刪除，僅保留車輛前部相關(guān)結(jié)構(gòu)，以減小計(jì)算耗時(shí)。模型中白車身建模所使用的網(wǎng)格尺寸為8 mm；對(duì)碰撞結(jié)果影響較大的零部件，如保險(xiǎn)杠總成、大燈總成、霧燈總成、發(fā)動(dòng)機(jī)艙底部護(hù)板等均采用5 mm的網(wǎng)格尺寸建模。

模型后端采用*BOUNDARY_SPC_NODE關(guān)鍵字進(jìn)行六自由度約束，并通過(guò)*LOAD_BODY_Z關(guān)鍵字增加全局重力作用。FLEX-PLI腿型下端距地面75 mm，初始速度設(shè)置為11.1 m/s，方向?yàn)?X向。FLEX-PLI腿型與車體前部結(jié)構(gòu)之間設(shè)置面-面自動(dòng)接觸定義，且將動(dòng)、靜摩擦系數(shù)均設(shè)置為0.3。圖3所示為三款車型所對(duì)應(yīng)的仿真分析模型。

2 取消吸能件前后分析結(jié)果對(duì)比

本文研究的三款車型涉及不同級(jí)別，吸能件材料涵蓋泡沫材料及塑料材料，樣本覆蓋范圍較廣。以下為各車型基于UNECE R127法規(guī)的分析結(jié)果對(duì)比。

2.1 B級(jí)車輛

該B級(jí)車腿部碰撞區(qū)域范圍為Y=-364 mm至Y=+364 mm，吸能件材料為泡沫，吸能件結(jié)構(gòu)及其安裝位置如圖4所示。表2和表3分別為該車裝有吸能件和取消吸能件狀態(tài)下的分析結(jié)果。

對(duì)比分析結(jié)果可知：該B級(jí)車在取消吸能件后，所有碰撞位置的內(nèi)側(cè)韌帶拉長(zhǎng)量（MCL）及后韌帶拉長(zhǎng)量（PCL）均下降；脛骨彎矩及前韌帶拉長(zhǎng)量（ACL）除碰撞區(qū)域邊界位置（Y=-364 mm）小幅上升外，其余均下降。取消吸能件后的分析結(jié)果可滿足UNECE R127法規(guī)要求，且整體性能優(yōu)于有吸能件狀態(tài)。

2.2 C級(jí)車輛

該C級(jí)車腿部碰撞區(qū)域范圍為Y=-392 mm至Y=+392 mm，吸能件材料為泡沫，吸能件結(jié)構(gòu)及其安裝位置如圖5所示。表4和表5分別為該車在裝有吸能件和取消吸能件狀態(tài)下的分析結(jié)果。

對(duì)比分析結(jié)果可知：該C級(jí)車在取消吸能件后，碰撞邊界位置（Y=-392 mm）的評(píng)價(jià)指標(biāo)小幅上升，其余位置的脛骨彎矩、后韌帶拉長(zhǎng)量（PCL）及前韌帶拉長(zhǎng)量（ACL）均下降，內(nèi)側(cè)韌帶拉長(zhǎng)量（MCL）無(wú)明顯的規(guī)律性變化。該車取消吸能件后的分析結(jié)果可滿足UNECE R127法規(guī)要求。

2.3 SUV車輛

該SUV腿部碰撞區(qū)域范圍為Y=-420 mm至Y=+420 mm，吸能件材料為塑料，吸能件結(jié)構(gòu)及其安裝位置如圖6所示。表6和表7分別為該車在裝有吸能件和取消吸能件狀態(tài)下的分析結(jié)果。

對(duì)比分析結(jié)果可知：該SUV在取消吸能件后，所有碰撞位置的內(nèi)側(cè)韌帶拉長(zhǎng)量（MCL）及后韌帶拉長(zhǎng)量（PCL）均下降；脛骨彎矩及前韌帶拉長(zhǎng)量（ACL）除碰撞區(qū)域邊界位置（Y=-420 mm）未下降外，其余均下降。取消吸能件后的分析結(jié)果可滿足UNECE R127法規(guī)要求，且整體性能優(yōu)于有吸能件狀態(tài)。

綜上所述，三款不同級(jí)別車型，在取消吸能件后均可滿足UNECE R127法規(guī)要求，且腿部保護(hù)性能無(wú)明顯下降，甚至局部性能還有所提升。這對(duì)在不影響車輛性能的前提下，降低車輛成本有著重要的意義。

3 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)比三款不同級(jí)別車輛在取消吸能件前后的腿部性能變化情況，得出如下結(jié)論：

（1）在無(wú)吸能件的前提下，開發(fā)滿足UNECE R127法規(guī)要求的車輛是可行的。

（2）部分車型取消吸能件會(huì)導(dǎo)致碰撞區(qū)域邊界位置的腿部保護(hù)性能小幅下降，可根據(jù)車輛實(shí)際情況在該區(qū)域保留局部吸能件。

目前由于試驗(yàn)條件的欠缺，尚未針對(duì)上述結(jié)論進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，在后續(xù)的研究中，會(huì)進(jìn)一步用試驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)該結(jié)論。

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Abstract：At present， the flexible pedestrian legform impactor（Flex-PLI） is phased in by different pedestrian protection regulations and standards. Comparing with the TRL-LFI， the evaluation index of FLEX-PLI has changed greatly by ignoring acceleration index， which provides the possibility to remove the energy-absorbing part on the vehicle without affecting the performance of legform impactor. This paper took several Chang'an cars as examples， compared the different leg performances with or without the energy-absorbing part and discussed the feasibility of developing cars without the energy absorbing part as well as the resulting problems， providing a reference for the related vehicle development.

Keywords：pedestrian protection； legform impactor； absorbing energy structure； Flex-PLI