aPLI腿型行人保護分析研究

曹國洋　王月　王淼　蘆蓮　王鵬翔

摘 要：本文通過對aPLI腿型的理論研究，總結出對其結果影響的主要因素，基于對不同因素的研究，總結了一系列規律：機罩前端X向越向后，腿部整體得分越高；機罩前端剛度越低，腿部得分越高。通過實際車型設計中遇到的問題并對問題的分析及優化，大腿的彎矩及韌帶的變形量明顯得到改善，證明了理論研究結果的正確性，為其他車型的結構設計提供了參考。

關鍵詞：aPLI 大腿彎矩 機蓋

1 引言

近年來，隨著對碰撞法規研究的深入，車外行人的安全也取得了一系列的進展，碰撞過程中人體上半身對下肢的影響，其響應與真實行人碰撞中的差異越發引起重視[1-4]。2021版C-NCAP（China-New Car Assessment Program）首次采用aPLI腿型進行測試，腿型得分5分，占總體得分的1/3[5]。Euro-NCAP和C-IASI行人保護計劃在2022年引入aPLI腿型進行測試，并且C-IASI會將腿部aPLI得分調整為12分，占總得分的1/3。采用aPLI腿型后，腿部得分將變得更加困難，碰撞器質量增加12kg，碰撞的能量將增加90%。

本文以對aPLI腿型理論研究為基礎，總結出aPLI腿型開發的關鍵因素，結合實際車型開發中遇到的問題及對問題的分析和改善建議，證明了對aPLI腿型研究結果的有效性，為其他車型的開發提供參考。

2 aPLI腿型介紹

從圖1及表1可以看出：相比之前采用的Flex PLI 腿型，aPLI腿型質量更大，碰撞能量也越高，腿型的離地高度變得越來越低，由原來的75mm變到25mm，同時評價的指標也發生了變化：原來的膝蓋部位和小腿，又增加了大腿部位的評價，大腿部位包含3個位置受力評價，膝蓋由原來的3個評價項調整為1個。

3 aPLI腿型理論研究

基于整車碰撞分析結果將模型進行簡化，并對簡化模型進行對標，再在對標后的簡化模型上進行關鍵參數敏感性研究，簡化模型對標結果如表2。

設發動機蓋前緣距離前保最前端距離為?X，發動機蓋前緣距離前防撞梁中面高度為?Z，發動機蓋前緣剛度定義為上橫梁的厚度為t，選取各研究參數范圍如表3所示。

3.1 ?X與大腿受力之間關系研究

結合對標結果，設定防撞梁中心面到發動機蓋Z向高度為一恒定值251mm，研究不同?X對大腿力的影響，如圖3所示：

在圖4中紅色線表示低性能限值，綠色線表示高性能限值，從圖4（a）中可以看出發動機蓋距離前保越遠，即?X越大，則腿部F1位置傷害值越低。從圖4（b）中可以發現在F2位置距離前保小于122mm之內總體傷害呈明顯下降趨勢，在之后由一部分傷害值稍有增加，但之后有明顯降低，總體近似線性遞減趨勢；從圖4（c）中可以發現在F3位置變化趨勢與F2相似。

基于以上分析，發動機蓋前緣距離前保最前端的距離越遠，aPLI大腿位置彎矩越小，行人腿部受到的傷害越小，對行人保護越有利。

3.2 ?Z與大腿受力之間關系研究

根據上面分析，取發動機蓋前緣到前保距離?X為研究的中值，即?X=122mm，研究發動機蓋前緣距離前防撞梁中面高度為?Z對aPLI大腿彎矩的影響。如圖5。

在圖6中紅色線表示低性能限值，綠色線表示高性能限值，從圖6（a）中可以看出發動機蓋前緣距離前防撞梁中面高度為?Z與F1位置彎矩之間近似呈線性關系，即?Z越大，F1受到的彎矩越小，對行人腿部的傷害越小；從圖6（b）中可以看出，在大腿F2高度區域內，?Z越大，腿部彎矩越大，在遠離F2高度區域內，?Z越大，腿部彎矩反而越小；F3位置彎矩的變化與F2位置變化趨勢相同。

基于上述分析，發動機蓋前緣距離前防撞梁中面高度在F1位置，高度越高aPLI大腿位置彎矩越小，行人腿部受到的傷害越小，對行人保護越有利。F2、F3位置，在遠離腿部高度區域以外，?Z越大，腿部彎矩越小。

3.3 t與大腿受力之間關系研究

設定發動機蓋前緣距離前防撞梁最前端距離為122mm，防撞梁中心面到發動機蓋Z向高度為251mm，研究上橫梁厚度t對aPLI大腿的影響，如圖7所示。

從圖8可以看出，F1、F2、F3位置的彎矩均隨厚度的增加而增大，即上橫梁的強度越大對行人大腿保護不利。

根據上述影響因素研究發現規律如圖9所示，即：

1）機罩前端X向越向后，腿部整體得分越高；

2）機罩前端Z向在腿部彎矩區域內時，腿部得分越低，避開腿部彎矩區域，得分越高；

3）機罩前端剛度越低，腿部得分越高。

4 案例分析優化

4.1 問題描述與分析

某車型在分析中出現大腿彎矩及小腿彎矩及韌帶超標問題，如下圖10、11所示：圖中紅色線為目標值；從圖10可以發現大腿F1、F2位置（即大腿下部、中部位置）彎矩明顯超出目標值；從圖11可以看出韌帶變形明顯超標。

結合車型的實際高度情況，從圖12可以看出，大腿F1、F2位置正對發動機蓋前緣位置，剛度較大，是造成大腿超標的主要原因；小腿區域主要是下部吸能空間不足所導致。

4.2 方案優化及結果分析

結合對aPLI大腿部分的研究，最直接的辦法即調整發動機蓋的位置，考慮到車型的實際情況，將發動機蓋向后向下分別移動50mm，同時調整小腿區域的吸能空間，優化后情況如圖13所示：前保下部小腿區域前移，增加底部吸能空間，同時發改向后向下有明顯調整。

從圖14可以看出優化前后不同時刻腿型運動變化的差異，優化前在6ms時，大腿與前保、發動機蓋前緣位置及前保下部幾乎同時發生接觸，優化后，小腿與前保下部首先接觸，然后與前保接觸，在接下來的時刻整個腿型從下向上向后傾倒，小腿部分被抬起。而優化前整個腿型由于幾乎同時都有受力，而且發動機蓋前緣位置剛度較大，導致腿型受到的彎矩也較大，小腿部分也很難及時的抬起。

從圖15、16可以對比發現由于發動機蓋后移及小腿吸能空間的提高，各位置受力情況的變化；其中實線為優化前曲線，虛線為優化后曲線；圖15可以發現大腿區域的彎矩較優化后也有明顯改善，均滿足目標要求；圖16中韌帶變形量的減小效果明顯，從最大的34mm減小到24mm，其他位置的變形量也有所降低。

5 總結

通過對aPLI腿型的大腿部分與發動機蓋之間關系的理論研究及實際車型問題的分析，得出如下結論：

1）機罩前端X向越向后，腿部整體得分越高；

2）機罩前端Z向在腿部彎矩區域內時，腿部得分越低，避開腿部彎矩區域，得分越高；

3）機罩前端剛度越低，腿部得分越高。

同時基于實際車型中遇到的問題對該研究結論進行了驗證，結果表明該結論是有效的。

參考文獻：

[1]李海巖，楊振. 全球NCAP行人保護測評的對比研究及展望[J]. 汽車工程. 2021 年，第5期.

[2]劉玉光，劉志新. 各國新車評價規程（NCAP）測試評價技術的現狀與發展［J］. 汽車安全與節能學報，2013，4（1）：16-22.

[3]崔洋洋，王譯. 車輛行人保護技術概述［J］.科技資訊，2017，15（21）：214-215.

[4]孫小光，張二鵬，陳現嶺，等. 行人安全評估發展趨勢及應對策略探討［J］. 北京汽車，2018（6）：31-34.

[5]C-NCAP管理中心.C-NCAP管理規則（2021版）[S].天津：中國汽車技術研究中心，2020.