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汽車保險杠對行人下肢保護的關鍵技術與測試方法

2025-07-02 09:10:14·  來源：汽車測試網  
　

隨著行人交通事故頻率的增加，汽車設計中對弱勢交通參與者的保護愈發(fā)受到重視。根據(jù)《GB 24550-2024 汽車對行人的碰撞保護》國家標準，保險杠不僅承擔車輛低速碰撞的吸能任務，還必須減少對行人下肢的傷害。本文將結合標準要求，系統(tǒng)闡述保險杠下肢保護的關鍵技術及其試驗方法。


1. 行人下肢傷害機理與保護目標

在行人與汽車正面碰撞中，下肢最先與車輛接觸，尤其是膝關節(jié)和小腿，極易發(fā)生：

韌帶斷裂（MCL/ACL/PCL）

骨折

二次跌倒造成的頭部傷害


因此，汽車保險杠區(qū)域的設計目標是：? 限制膝部韌帶的拉伸量? 降低小腿最大動態(tài)彎矩? 減緩大腿和膝部的瞬時沖擊力

《GB 24550-2024》對不同保險杠高度的車型分別提出了下腿型沖擊試驗和上腿型沖擊試驗的要求，以盡量還原真實事故過程。

2. 保險杠行人保護的結構關鍵點

在結構設計層面，良好的下肢保護應當滿足以下核心思路：


關鍵要素 技術實現(xiàn)方式
沖擊能量吸收能力 在保險杠橫梁內設計泡沫或蜂窩結構，實現(xiàn)大變形吸能
表面柔化處理 通過外飾件與柔性泡沫材料包覆，避免過硬區(qū)域導致局部集中應力
高度匹配 使保險杠的下緣與行人小腿中心高度盡可能一致，減少小腿翻轉傷害
連續(xù)性受力帶設計 通過結構連續(xù)性，防止拖車鉤或雷達模塊位置剛性突變對行人造成局部高傷害
局部結構優(yōu)化 針對傳感器區(qū)或充電口，設計可控破壞區(qū)域降低沖擊峰值


這些要求在標準條文中被細化為具體的生物力學指標，如膝韌帶的最大動態(tài)延伸量不能大于22mm，小腿彎矩最大340N·m等。

3. 下肢沖擊器與試驗原理

為模擬真實的人體下肢，標準規(guī)定采用“下腿型沖擊器”和“上腿型沖擊器”對保險杠進行測試。其主要結構見下圖：

圖片

圖1 下腿型沖擊器的大腿、小腿、膝部質心位置及尺寸示意圖

下腿型沖擊器（Legform Impactor）


  • 總質量：13.2kg

  • 由大腿、小腿及仿生膝關節(jié)組成

  • 帶多組彎矩與位移傳感器

  • 外部覆仿真皮膚和合成橡膠，模擬人體軟組織

  • 主要測量：

    • 膝部MCL/ACL/PCL韌帶的延伸量

    • 小腿彎矩


    上腿型沖擊器（Upper Legform Impactor）


  • 質量9.5kg

  • 剛性骨架+泡沫肌肉

  • 測量沖擊時的受力及彎矩

  • 安裝限力矩接頭，避免非預期旋轉


    • 4. 下肢碰撞試驗要求與流程

    4.1 試驗條件


  • 溫度：20℃ ±4℃

  • 濕度：40% ±30%

  • 車輛或車身應處于正常行駛姿態(tài)

  • 沖擊器在自由飛行狀態(tài)下以指定速度沖擊車輛


    • 4.2 沖擊速度


  • 下腿型沖擊器：11.1 ± 0.2 m/s

  • 上腿型沖擊器：11.1 ± 0.2 m/s


    • 4.3 沖擊位置選擇


  • 至少選擇三個沖擊點

    • 保險杠中間

    • 左側

    • 右側

  • 每個點之間間距≥84mm

  • 測試點應覆蓋不同車身結構


    • 4.4 評價指標


    測試項目 GB 24550-2024要求
    膝部韌帶最大動態(tài)延伸量（MCL） ≤ 22 mm
    膝部前/后交叉韌帶延伸量（ACL/PCL） ≤ 13 mm
    小腿最大動態(tài)彎矩 ≤ 340 N·m （可在局部區(qū)域放寬至380 N·m）
    上腿沖擊瞬時力 ≤ 7.5 kN
    上腿沖擊彎矩 ≤ 510 N·m


    5. 試驗示意及流程

    下腿型沖擊器試驗在車輛處于正常行駛姿態(tài)或支撐架固定狀態(tài)下進行，確保與道路狀態(tài)一致。試驗時，沖擊器以11.1 ±0.2 m/s的速度自由飛行撞擊保險杠，沖擊方向與車輛縱向平面垂直，偏差不得超過±2°。

    測試點至少選擇三個，分別位于保險杠中間和兩側，且相距≥84 mm，覆蓋不同結構區(qū)。試驗后記錄小腿彎矩及膝韌帶拉伸量，評價區(qū)間從首次接觸到小腿彎矩曲線返回零點，確定其峰值以判定符合性。

    圖片

    正常行駛姿態(tài)的整車（左側）和安裝在支撐上的車身（右側）的下腿型對保險杠試驗示意圖

    6. 保險杠設計中的優(yōu)化策略

    從整車廠實際研發(fā)角度，滿足上述嚴苛要求，往往會采用如下優(yōu)化策略：

    ? 有限元仿真：在設計早期階段，通過人模-車模仿真驗證行人下肢傷害指標? 模塊化緩沖區(qū)：可更換的泡沫墊或蜂窩結構，兼顧維修與保護? 分區(qū)剛度匹配：針對中間和兩側區(qū)域，優(yōu)化厚度或材料分布? 智能防護配合：結合主動式彈起發(fā)動機罩，進一步減少二次傷害

    這些方法共同推動保險杠從“車輛防護”走向“行人友好”的方向發(fā)展。

    保險杠不僅是車身設計的外觀件，更是對行人下肢安全的重要防護屏障。通過GB 24550-2024標準中嚴謹?shù)脑囼灧椒?，以及科學的仿生沖擊器設計，未來汽車產品必將更加重視行人保護，推動道路交通安全整體水平的持續(xù)提升。

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