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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  
　
專家推薦語文章介紹了即將投入汽車行人碰撞測(cè)試用的一種假人腿型aPL腿型，并與現(xiàn)階段正在使用的腿型FlexPLI進(jìn)行了碰撞測(cè)試損傷比較，發(fā)現(xiàn)了aPL腿型受碰撞傷害的
專家推薦語
文章介紹了即將投入汽車—行人碰撞測(cè)試用的一種假人腿型—aPL腿型，并與現(xiàn)階段正在使用的腿型Flex—PLI進(jìn)行了碰撞測(cè)試損傷比較，發(fā)現(xiàn)了aPL腿型受碰撞傷害的特征，因此提出了有針對(duì)性的乘用車—行人碰撞安全開發(fā)對(duì)策，這對(duì)乘用車的行人碰撞安全開發(fā)具有一定的指導(dǎo)和參考價(jià)值。
 
先進(jìn)行人保護(hù)腿型aPLI應(yīng)用與車輛開發(fā)應(yīng)對(duì)
陳琳，劉宏達(dá)，余承成，樓植楊，張慧云
（國家汽車質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心(襄陽)，襄陽441004）
 
摘 要：aPLI腿型較目前在用的柔性腿型Flex-PLI更接近于人體模型，生物仿真性有較大的提高，能夠更好地對(duì)高、低保險(xiǎn)杠車輛-行人大腿的傷害風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行全面評(píng)估。但各項(xiàng)傷害指標(biāo)較Flex-PLI均有大幅提高，針對(duì)NCAP評(píng)價(jià)測(cè)試得分難度較大，對(duì)車輛的造型設(shè)計(jì)、前端布置方式和結(jié)構(gòu)優(yōu)化提出了更高要求。本文分析介紹了下腿型發(fā)展歷程、aPLI腿型的傷害特征、與Flex-PLI腿型的對(duì)比及車型開發(fā)應(yīng)對(duì)策略。
關(guān)鍵詞：aPLI；Flex-PLI；下腿型；行人保護(hù)；NCAP
Application and vehicle development of Pedestrian protection advanced Pedestrian Legform Impactor（aPLI）
CHEN Lin, LIU Hong-da, YU Cheng-cheng, LOU Zhi-yang, ZAHNG Hui-yun
（Xiangyang Da An Automobile Test Center Corporation Limited，Xiangyang 441004）
 
Abstract: The aPLI legform is closer to the human body model than the currently used flexible legform（Flex-PLI）, and the biosimulation performance has been greatly improved, enabling a better comprehensive assessment of thigh injury of high and low bumper vehicles. However, the injury indexes are significantly improved compared with Flex-PLI, and it is more difficult to score in NCAP, and higher requirements are placed on the vehicle's styling design, front-end layout and structural optimization. This article analyzes and introduces the development process of the lower legform, the injury characteristics of the aPLI legform comparison and the strategy for vehicle development.
Key Words:aPLI; Flex-PLI; Lowlegform; Pedestrian Protection; NCAP
1 行人下肢損傷機(jī)理
車輛與行人發(fā)生碰撞時(shí)下肢損傷是由碰撞力在下肢的傳遞造成的。主要損傷形式有：骨盆損傷、大腿損傷（股骨骨折）、小腿骨折（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1（a）、（b）、（c）、（d）所示。
 
 
圖1人車事故接觸及下肢主要損傷形式
 
1.1脛骨、股骨、腓骨損傷
車輛從側(cè)面撞擊行人下肢時(shí)會(huì)使脛骨、腓骨發(fā)生彎曲，外側(cè)產(chǎn)生壓應(yīng)力，內(nèi)側(cè)相對(duì)位置產(chǎn)生拉應(yīng)力，隨著碰撞力的傳遞，當(dāng)應(yīng)力超過耐受限度時(shí)脛骨、腓骨就會(huì)發(fā)生骨折。股骨骨折主要是與發(fā)動(dòng)機(jī)罩前緣碰撞導(dǎo)致，原理與脛骨骨折相同。
1.2膝關(guān)節(jié)損傷
研究表明膝關(guān)節(jié)損傷主要是由剪切力和彎矩共同作用導(dǎo)致的，主要損傷形式為膝部韌帶斷裂以及連接膝部韌帶的脛骨、股骨骨折。碰撞發(fā)生時(shí)，由于股骨慣性，膝關(guān)節(jié)面發(fā)生剪切錯(cuò)位，并由此導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)韌帶拉伸和股骨內(nèi)側(cè)髁與脛骨髁間隆起擠壓，當(dāng)內(nèi)側(cè)副韌帶(MCL -Medial Collateral Ligament) 超過其抗拉強(qiáng)度時(shí)首先發(fā)生斷裂，如圖1所示。隨著碰撞過程持續(xù)深入，前交叉韌帶伸長量（ACL- Anterior Cruciate Ligament）及后交叉韌帶（PCL-Posterior Cruciate Ligament）超過其抗拉強(qiáng)度時(shí)也發(fā)生斷裂。
2 下腿型發(fā)展歷程（EEVC-PLI→Flex-PLI→aPLI）
下腿型發(fā)展經(jīng)歷了由初代EEVC剛性腿型到目前廣泛采用的柔性腿型Flex-PLI再到近期開發(fā)的aPLI（advancedPedestrian Legform Impactor）腿型，如圖2所示。C-NCAP、E-NCAP即將使用aPLI腿型進(jìn)行下肢碰撞損傷評(píng)價(jià)測(cè)試，aPLI腿型生物仿真度越來越逼近假人模型、測(cè)量指標(biāo)越來越齊全、適應(yīng)車型越來越廣。
 
 
圖2下腿型發(fā)展歷程
2.1 EEVC-PLI
1998年，EEVC WG17工作組采用TRL（Transport Research Laboratory）剛性腿型沖擊器及上腿型沖擊器進(jìn)行行人下肢碰撞評(píng)價(jià)。TRL剛性腿型僅測(cè)量脛骨加速度、膝部位移和彎曲角三個(gè)指標(biāo)，結(jié)構(gòu)見圖3（a）、（b）。
 
 
圖3 TRL剛性腿型
 
2.2 Flex-PLI
由于TRL剛性腿型生物仿真性、試驗(yàn)重復(fù)性不夠理想，2000年以后JARI 和日本汽車工業(yè)協(xié)會(huì)JAMA開始了關(guān)于柔性腿型Flex-PLI的研究。柔性腿型開發(fā)歷經(jīng)多個(gè)版本目前在用的為GTR版，相比TRL剛性腿型Flex-PLI腿型加入更多傳感器，增加韌帶損傷和股骨損傷的模擬，具有更好的生物逼真性，可靠性及適用性也得到進(jìn)一步提高。
目前ECE-R127、E-NCAP、C-NCAP均采用柔性腿型Flex-PLI結(jié)合上腿沖擊器進(jìn)行下肢測(cè)試評(píng)價(jià)。Flex-PLI腿型傷害數(shù)據(jù)采集標(biāo)配12通道，即3個(gè)股骨彎矩：Femur bending moment- T1、T2、T3，3個(gè)韌帶伸長量：ACL、PCL、MCL和4個(gè)脛骨彎矩：Tibia bending moment-T1、T2、T3、T4及1個(gè)膝蓋底部加速度傳感器，見圖4。
 
 
圖4 柔性腿型Flex-PLI
2.3 aPLI
由于Flex-PLI缺少模擬上肢運(yùn)動(dòng)的模塊，不能充分再現(xiàn)下肢的損傷情況。ISO組織研發(fā)了aPLI腿型，在aPLI腿型中增加代表上肢運(yùn)動(dòng)的模塊，以此來提高生物仿真度，aPLI外觀與組成如圖5所示。
 
 
圖5 aPLI腿型外觀及組成
與Flex-PLI腿型相比，aPLI主要改進(jìn)6項(xiàng)參數(shù)：肌肉和骨骼的重量分布，骨骼撞擊表面的形狀，前交叉韌帶ACL和后交叉韌帶PCL的幾何布局（交叉改為垂直韌帶），骨骼偏距，腳踝模擬，股骨彎曲剛度；aPLI數(shù)據(jù)測(cè)量參數(shù)增加到18通道，見圖6（a）、（b）、（c）。通過與完整人體假人模型（HBM）傷害值對(duì)比，aPLI比Flex-PLI的生物仿真度有明顯提高。
 
 
 
 
 
（c）aPLI測(cè)量通道布置
圖6 aPLI韌帶布局示意及測(cè)量通道參數(shù)
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