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汽车保险杠对行人下肢保护的关键技术与测试方法

2025-07-02 09:10:14·  来源：汽车测试网  
　

随着行人交通事故频率的增加，汽车设计中对弱势交通参与者的保护愈发受到重视。根据《GB 24550-2024 汽车对行人的碰撞保护》国家标准，保险杠不仅承担车辆低速碰撞的吸能任务，还必须减少对行人下肢的伤害。本文将结合标准要求，系统阐述保险杠下肢保护的关键技术及其试验方法。


1. 行人下肢伤害机理与保护目标

在行人与汽车正面碰撞中，下肢最先与车辆接触，尤其是膝关节和小腿，极易发生：

韧带断裂（MCL/ACL/PCL）

骨折

二次跌倒造成的头部伤害


因此，汽车保险杠区域的设计目标是：✅ 限制膝部韧带的拉伸量✅ 降低小腿最大动态弯矩✅ 减缓大腿和膝部的瞬时冲击力

《GB 24550-2024》对不同保险杠高度的车型分别提出了下腿型冲击试验和上腿型冲击试验的要求，以尽量还原真实事故过程。

2. 保险杠行人保护的结构关键点

在结构设计层面，良好的下肢保护应当满足以下核心思路：


关键要素 技术实现方式
冲击能量吸收能力 在保险杠横梁内设计泡沫或蜂窝结构，实现大变形吸能
表面柔化处理 通过外饰件与柔性泡沫材料包覆，避免过硬区域导致局部集中应力
高度匹配 使保险杠的下缘与行人小腿中心高度尽可能一致，减少小腿翻转伤害
连续性受力带设计 通过结构连续性，防止拖车钩或雷达模块位置刚性突变对行人造成局部高伤害
局部结构优化 针对传感器区或充电口，设计可控破坏区域降低冲击峰值


这些要求在标准条文中被细化为具体的生物力学指标，如膝韧带的最大动态延伸量不能大于22mm，小腿弯矩最大340N·m等。

3. 下肢冲击器与试验原理

为模拟真实的人体下肢，标准规定采用“下腿型冲击器”和“上腿型冲击器”对保险杠进行测试。其主要结构见下图：

图片

图1 下腿型冲击器的大腿、小腿、膝部质心位置及尺寸示意图

下腿型冲击器（Legform Impactor）


  • 总质量：13.2kg

  • 由大腿、小腿及仿生膝关节组成

  • 带多组弯矩与位移传感器

  • 外部覆仿真皮肤和合成橡胶，模拟人体软组织

  • 主要测量：

    • 膝部MCL/ACL/PCL韧带的延伸量

    • 小腿弯矩


    上腿型冲击器（Upper Legform Impactor）


  • 质量9.5kg

  • 刚性骨架+泡沫肌肉

  • 测量冲击时的受力及弯矩

  • 安装限力矩接头，避免非预期旋转


    • 4. 下肢碰撞试验要求与流程

    4.1 试验条件


  • 温度：20℃ ±4℃

  • 湿度：40% ±30%

  • 车辆或车身应处于正常行驶姿态

  • 冲击器在自由飞行状态下以指定速度冲击车辆


    • 4.2 冲击速度


  • 下腿型冲击器：11.1 ± 0.2 m/s

  • 上腿型冲击器：11.1 ± 0.2 m/s


    • 4.3 冲击位置选择


  • 至少选择三个冲击点

    • 保险杠中间

    • 左侧

    • 右侧

  • 每个点之间间距≥84mm

  • 测试点应覆盖不同车身结构


    • 4.4 评价指标


    测试项目 GB 24550-2024要求
    膝部韧带最大动态延伸量（MCL） ≤ 22 mm
    膝部前/后交叉韧带延伸量（ACL/PCL） ≤ 13 mm
    小腿最大动态弯矩 ≤ 340 N·m （可在局部区域放宽至380 N·m）
    上腿冲击瞬时力 ≤ 7.5 kN
    上腿冲击弯矩 ≤ 510 N·m


    5. 试验示意及流程

    下腿型冲击器试验在车辆处于正常行驶姿态或支撑架固定状态下进行，确保与道路状态一致。试验时，冲击器以11.1 ±0.2 m/s的速度自由飞行撞击保险杠，冲击方向与车辆纵向平面垂直，偏差不得超过±2°。

    测试点至少选择三个，分别位于保险杠中间和两侧，且相距≥84 mm，覆盖不同结构区。试验后记录小腿弯矩及膝韧带拉伸量，评价区间从首次接触到小腿弯矩曲线返回零点，确定其峰值以判定符合性。

    图片

    正常行驶姿态的整车（左侧）和安装在支撑上的车身（右侧）的下腿型对保险杠试验示意图

    6. 保险杠设计中的优化策略

    从整车厂实际研发角度，满足上述严苛要求，往往会采用如下优化策略：

    ✅ 有限元仿真：在设计早期阶段，通过人模-车模仿真验证行人下肢伤害指标✅ 模块化缓冲区：可更换的泡沫垫或蜂窝结构，兼顾维修与保护✅ 分区刚度匹配：针对中间和两侧区域，优化厚度或材料分布✅ 智能防护配合：结合主动式弹起发动机罩，进一步减少二次伤害

    这些方法共同推动保险杠从“车辆防护”走向“行人友好”的方向发展。

    保险杠不仅是车身设计的外观件，更是对行人下肢安全的重要防护屏障。通过GB 24550-2024标准中严谨的试验方法，以及科学的仿生冲击器设计，未来汽车产品必将更加重视行人保护，推动道路交通安全整体水平的持续提升。

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