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行人保護(hù)試驗(yàn)用APLI腿型簡介

2020-07-14 21:04:00·  來源：廣汽研究院集成安全技術(shù)部  作者：黃宏滔  
　
碰撞與安全今天點(diǎn)擊藍(lán)字 關(guān)注我們 一起擺攤在汽車與行人發(fā)生碰撞的事故中，相對于在車內(nèi)被層層保護(hù)的乘員，在車外的行人更容易受到傷害。而下肢則是行人受傷的重
在汽車與行人發(fā)生碰撞的事故中，相對于在車內(nèi)被層層保護(hù)的乘員，在車外的行人更容易受到傷害。而下肢則是行人受傷的“重災(zāi)區(qū)”，雖然通常不會危及生命，但是卻容易致殘，且康復(fù)周期長，給傷者帶來沉重的負(fù)擔(dān)。為此，相關(guān)機(jī)構(gòu)對交通事故中行人的下肢損傷進(jìn)行研究，并制定行人腿碰相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)來評價(jià)汽車對行人下肢的保護(hù)性能。
 
腿型的發(fā)展過程
 
在腿碰試驗(yàn)中，最早采用的是TRL剛性下腿，并使用膝關(guān)節(jié)加速度、彎曲角度和剪切位移三個指標(biāo)來評價(jià)行人下肢傷害。由于TRL剛性下腿難以反映真實(shí)人體下肢在碰撞中的運(yùn)動狀態(tài)，評價(jià)指標(biāo)也只是間接反映人體組織的受傷風(fēng)險(xiǎn)，所以逐漸被FlexPLI腿型所取代。FlexPLI腿型使用柔性關(guān)節(jié)來模擬具有真實(shí)剛度的股骨和脛骨的變形，并增加四條金屬線來模擬膝蓋部位韌帶的變形，評價(jià)指標(biāo)為四個小腿彎矩、內(nèi)側(cè)副韌帶（MCL）、前交叉韌帶（ACL）和后交叉韌帶（PCL）的伸長量。盡管FlexPLI腿型在仿生屬性上有了巨大的進(jìn)步，但由于沒有考慮碰撞過程中人體上半身對下肢的影響等問題，其響應(yīng)與真實(shí)人體下肢碰撞響應(yīng)存在差異，在高前保車型的碰撞試驗(yàn)中表現(xiàn)尤為明顯。因此，新一代aPLI腿型呼之欲出。
 
 
 
 
aPLI腿型的特性
  
新一代aPLI腿型在上部增加了一個可以轉(zhuǎn)動和滑動的質(zhì)量塊——SUBP模塊，該模塊考慮了盆骨的形狀、盆骨與股骨的連接和運(yùn)動關(guān)系以及臀點(diǎn)以上的身體對下肢的彎矩作用，以模擬臀點(diǎn)以上的身體在碰撞過程中對下肢的作用。
 
此外，aPLI腿型還對下肢的仿生學(xué)性能作了以下優(yōu)化。在質(zhì)量上（Mass），調(diào)整了肌肉和骨骼的重量分布，使整個腿型的質(zhì)量分布與人體下肢更接近。在結(jié)構(gòu)上（Geometry），增加了股骨的偏移，同時(shí)把撞擊面整條骨骼的幾何形狀改為與真實(shí)人體下肢相近的帶曲面的形狀，以模擬骨頭的碰撞接觸面，并把前交叉韌帶（ACL）和后交叉韌帶（PCL）改為平行布置，以更真實(shí)地模擬膝蓋的前后十字韌帶。在腿型下部增加了一個自由度較大的關(guān)節(jié)（Joint）用來模擬腳踝的運(yùn)動。在剛度上（Stiffness），通過增大股骨關(guān)節(jié)中的骨核結(jié)構(gòu)來增強(qiáng)股骨的彎曲剛度。
 
根據(jù)aPLI腿型的特性，為了更真實(shí)地模擬人體下肢的離地高度，試驗(yàn)時(shí)腿型的離地高度由75mm降到了25mm，并增加大腿彎矩作為評價(jià)指標(biāo)。但是，在腿型的開發(fā)過程中發(fā)現(xiàn)，在運(yùn)動狀態(tài)上，第一代aPLI腿型（SBL-A）與完整有限元假人相比，其彎曲程度和回彈程度更大，在評價(jià)指標(biāo)上表現(xiàn)為大腿彎矩和內(nèi)側(cè)副韌帶（MCL）的伸長量有著更大的峰值。
 
研究人員發(fā)現(xiàn)，以上現(xiàn)象是aPLI腿型大腿股骨的質(zhì)量比實(shí)際人體股骨大，而彎曲剛度卻比實(shí)際要小所導(dǎo)致的。為了與真實(shí)人體碰撞過程中的運(yùn)動狀態(tài)一致，研究人員在第一代aPLI腿型（SBL-A）中，加入了兩個左右對稱的緩沖器（Bumper），用來吸收碰撞過程中大腿彎曲變形的能量，以減少大腿的彎曲程度和回彈程度，從而降低大腿彎矩和內(nèi)側(cè)副韌帶（MCL）伸長量的峰值，第二代aPLI腿型（SBL-B）由此而來。目前，第二代aPLI腿型（SBL-B）仍在設(shè)計(jì)制造和功能測試中。
 
 
 
aPLI腿型的不足
  
雖然aPLI腿型較上代產(chǎn)品進(jìn)行了很大的改進(jìn)和優(yōu)化，但仍存在一些不足。目前aPLI腿型的結(jié)構(gòu)是對稱結(jié)構(gòu)，不能很好地模擬出腓骨的碰撞面，因此，在與車輛左右兩側(cè)發(fā)生帶角度的碰撞時(shí)，不能很好地反映出兩側(cè)角度碰撞的差別，前交叉韌帶（ACL）的響應(yīng)差異尤為明顯。未來的腿型中可能會增加非對稱結(jié)構(gòu)來消除這個缺陷。
 
結(jié)語
目前，為了保護(hù)道路交通事故中的行人，降低道路安全事故的傷亡率，國內(nèi)各大車企都陸續(xù)增加行人保護(hù)研發(fā)上的投入，即使現(xiàn)階段消費(fèi)者還是更多地在關(guān)注車內(nèi)乘員的安全。未來，中國新車評價(jià)規(guī)程也將采用aPLI腿型來促進(jìn)汽車行人保護(hù)技術(shù)的發(fā)展。檢測機(jī)構(gòu)、車企都在努力扮演好保護(hù)道路上弱勢群體安全最后一道關(guān)卡的角色，保護(hù)交通安全，我們在行動。
 
文章：黃宏滔
編輯：金瑋
廣汽研究院集成安全技術(shù)部
 
 
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