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先进行人保护腿型aPLI应用与车辆开发应对

2021-09-12 22:02:13·  来源：达安之声  
　
专家推荐语文章介绍了即将投入汽车行人碰撞测试用的一种假人腿型aPL腿型，并与现阶段正在使用的腿型FlexPLI进行了碰撞测试损伤比较，发现了aPL腿型受碰撞伤害的
专家推荐语
文章介绍了即将投入汽车—行人碰撞测试用的一种假人腿型—aPL腿型，并与现阶段正在使用的腿型Flex—PLI进行了碰撞测试损伤比较，发现了aPL腿型受碰撞伤害的特征，因此提出了有针对性的乘用车—行人碰撞安全开发对策，这对乘用车的行人碰撞安全开发具有一定的指导和参考价值。
 
先进行人保护腿型aPLI应用与车辆开发应对
陈琳，刘宏达，余承成，楼植杨，张慧云
（国家汽车质量监督检验中心(襄阳)，襄阳441004）
 
摘 要：aPLI腿型较目前在用的柔性腿型Flex-PLI更接近于人体模型，生物仿真性有较大的提高，能够更好地对高、低保险杠车辆-行人大腿的伤害风险进行全面评估。但各项伤害指标较Flex-PLI均有大幅提高，针对NCAP评价测试得分难度较大，对车辆的造型设计、前端布置方式和结构优化提出了更高要求。本文分析介绍了下腿型发展历程、aPLI腿型的伤害特征、与Flex-PLI腿型的对比及车型开发应对策略。
关键词：aPLI；Flex-PLI；下腿型；行人保护；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 行人下肢损伤机理
车辆与行人发生碰撞时下肢损伤是由碰撞力在下肢的传递造成的。主要损伤形式有：骨盆损伤、大腿损伤（股骨骨折）、小腿骨折（胫骨骨折、腓骨骨折）及膝关节损伤（包括股骨骨节骨折、胫骨骨节骨折、髌骨骨折及膝关节韧带撕裂），如图1（a）、（b）、（c）、（d）所示。
 
 
图1人车事故接触及下肢主要损伤形式
 
1.1胫骨、股骨、腓骨损伤
车辆从侧面撞击行人下肢时会使胫骨、腓骨发生弯曲，外侧产生压应力，内侧相对位置产生拉应力，随着碰撞力的传递，当应力超过耐受限度时胫骨、腓骨就会发生骨折。股骨骨折主要是与发动机罩前缘碰撞导致，原理与胫骨骨折相同。
1.2膝关节损伤
研究表明膝关节损伤主要是由剪切力和弯矩共同作用导致的，主要损伤形式为膝部韧带断裂以及连接膝部韧带的胫骨、股骨骨折。碰撞发生时，由于股骨惯性，膝关节面发生剪切错位，并由此导致膝关节韧带拉伸和股骨内侧髁与胫骨髁间隆起挤压，当内侧副韧带(MCL -Medial Collateral Ligament) 超过其抗拉强度时首先发生断裂，如图1所示。随着碰撞过程持续深入，前交叉韧带伸长量（ACL- Anterior Cruciate Ligament）及后交叉韧带（PCL-Posterior Cruciate Ligament）超过其抗拉强度时也发生断裂。
2 下腿型发展历程（EEVC-PLI→Flex-PLI→aPLI）
下腿型发展经历了由初代EEVC刚性腿型到目前广泛采用的柔性腿型Flex-PLI再到近期开发的aPLI（advancedPedestrian Legform Impactor）腿型，如图2所示。C-NCAP、E-NCAP即将使用aPLI腿型进行下肢碰撞损伤评价测试，aPLI腿型生物仿真度越来越逼近假人模型、测量指标越来越齐全、适应车型越来越广。
 
 
图2下腿型发展历程
2.1 EEVC-PLI
1998年，EEVC WG17工作组采用TRL（Transport Research Laboratory）刚性腿型冲击器及上腿型冲击器进行行人下肢碰撞评价。TRL刚性腿型仅测量胫骨加速度、膝部位移和弯曲角三个指标，结构见图3（a）、（b）。
 
 
图3 TRL刚性腿型
 
2.2 Flex-PLI
由于TRL刚性腿型生物仿真性、试验重复性不够理想，2000年以后JARI 和日本汽车工业协会JAMA开始了关于柔性腿型Flex-PLI的研究。柔性腿型开发历经多个版本目前在用的为GTR版，相比TRL刚性腿型Flex-PLI腿型加入更多传感器，增加韧带损伤和股骨损伤的模拟，具有更好的生物逼真性，可靠性及适用性也得到进一步提高。
目前ECE-R127、E-NCAP、C-NCAP均采用柔性腿型Flex-PLI结合上腿冲击器进行下肢测试评价。Flex-PLI腿型伤害数据采集标配12通道，即3个股骨弯矩：Femur bending moment- T1、T2、T3，3个韧带伸长量：ACL、PCL、MCL和4个胫骨弯矩：Tibia bending moment-T1、T2、T3、T4及1个膝盖底部加速度传感器，见图4。
 
 
图4 柔性腿型Flex-PLI
2.3 aPLI
由于Flex-PLI缺少模拟上肢运动的模块，不能充分再现下肢的损伤情况。ISO组织研发了aPLI腿型，在aPLI腿型中增加代表上肢运动的模块，以此来提高生物仿真度，aPLI外观与组成如图5所示。
 
 
图5 aPLI腿型外观及组成
与Flex-PLI腿型相比，aPLI主要改进6项参数：肌肉和骨骼的重量分布，骨骼撞击表面的形状，前交叉韧带ACL和后交叉韧带PCL的几何布局（交叉改为垂直韧带），骨骼偏距，脚踝模拟，股骨弯曲刚度；aPLI数据测量参数增加到18通道，见图6（a）、（b）、（c）。通过与完整人体假人模型（HBM）伤害值对比，aPLI比Flex-PLI的生物仿真度有明显提高。
 
 
 
 
 
（c）aPLI测量通道布置
图6 aPLI韧带布局示意及测量通道参数
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